中国战略性新兴产业——新材料(新型合金材料——镁合金) ...

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该丛书为国内部系统论述我国新材料发展战略的系统性科技系列著作;中国材料研究学会组织编写,各分册作者均为国内专家;内容突出“新”字,即:当代新材料的新概念、新技术、新工艺、新成果、新应用、新趋势等,代表了全球新材料发展的主流。入选“‘十二五’国家重点出版物出版规划项目”,获2016年度国家出版基金资助。

内容简介

“中国战略性新兴产业——新材料”丛书是中国材料研究学会组织编写的,被新闻出版广电总局批准为“十二五”国家重点出版物出版规划项目,并获2016年度国家出版基金资助。丛书共16分册,涵盖了新型功能材料、高性能结构材料、高性能纤维复合材料等16种重点发展材料。本分册为《新型合金材料——镁合金》。 
本书是编著者近年来在镁合金领域新科研成果的总结,涵盖新材料发展、工艺技术创新和产品应用等内容,主要包括:变形镁合金、铸造镁合金、镁基复合材料、镁基生物材料、镁冶炼、镁合金熔炼、镁合金铸造、镁合金挤压、镁合金轧制、镁合金锻造、镁合金快速凝固、镁合金热处理、镁合金表面处理、镁合金焊接与连接、镁合金装备、镁合金应用及镁合金产业发展的主要任务与对策等。 
本书可供新材料科研院所、高等院校、新材料产业界、政府相关部门、新材料中介咨询机构等领域的人员参考,尤其适合从事镁研究开发和工程化应用的科技人员和工程技术人员参考。

作者简介

潘复生,1962年生,博士,教授,博士生导师,重庆大学材料学院院长。何梁何利奖、国家杰出青年基金、中国青年科技奖和(美国)杜邦科技创新奖获得者,国家百千万人才工程专家。吴国华,男,1964.7出生,博士,教授,博士生导师。上海航天先进材料及应用技术联合实验室主任,轻合金精密成型国家工程研究中心副主任,材料能量场研究室主任。 全国镁合金材料与应用技术专业委员会副理事长。

目录

第1章概论1 
1.1镁及镁合金1 
1.1.1金属镁及镁合金1 
1.1.2镁的基本性能1 
1.1.3镁合金的性质4 
1.1.4镁合金的主要应用领域6 
1.2镁及镁合金发展历程7 
1.2.1镁及镁合金发展简史7 
1.2.2镁资源分布8 
1.2.3金属镁产业现状8 
1.2.4镁的消费结构情况9 
1.3镁合金的分类、牌号、状态、化学成分与性能10 
1.3.1镁合金的分类10 
1.3.2镁合金的牌号、状态代码表示方法及化学成分10 
1.4镁合金材料开发应用新进展及前景展望21 
1.4.1镁合金研发进展概述21 
1.4.2发展重点与关键技术选择23 
参考文献24 
第2章变形镁合金26 
2.1变形镁合金概论26 
2.1.1变形镁合金的分类27 
2.1.2变形镁合金的牌号28 
2.2变形镁合金的组织与性能30 
2.3常用变形镁合金的典型性能41 
2.3.1物理性能41 
2.3.2化学性能42 
2.3.3力学性能43 
2.3.4加工性能47 
参考文献48 
第3章铸造镁合金53 
3.1铸造镁合金概论53 
3.1.1铸造镁合金的性能特点及其应用53 
3.1.2铸造镁合金的合金化及分类58 
3.2Mg-Al系铸造镁合金75 
3.2.1概述75 
3.2.2Mg-Al系合金主要合金元素及其作用76 
3.2.3Mg-Al系合金组织和机械性能80 
3.2.4Mg-Al系合金的物理性能和工艺性能81 
3.2.5Mg-Al系铸造合金性能的改进及其发展82 
3.3Mg-Zn系铸造镁合金84 
3.3.1概述84 
3.3.2Mg-Zn系合金主要合金元素及其作用84 
3.3.3Mg-Zn系合金组织和机械性能87 
3.3.4Mg-Zn系合金的物理性能和工艺性能90 
3.3.5Mg-Zn系合金性能的改进及其发展90 
3.4Mg-RE系铸造镁合金91 
3.4.1概述91 
3.4.2Mg-RE系合金主要合金元素及其作用93 
3.4.3Mg-RE系合金组织和机械性能99 
3.4.4Mg-RE系合金的热处理102 
3.4.5Mg-RE系合金的腐蚀性能105 
3.4.6Mg-RE系合金的铸造性能105 
3.4.7Mg-RE系合金性能的改进及其发展107 
3.5Mg-Li系铸造镁合金108 
3.5.1概述108 
3.5.2Mg-Li系铸造镁合金主要合金元素及其作用109 
3.5.3Mg-Li系合金成分、组织和机械性能112 
3.5.4Mg-Li系合金的铸造工艺115 
3.5.5Mg-Li系合金的腐蚀性能115 
3.5.6Mg-Li系合金性能的改进及其发展116 
参考文献117 
第4章镁基复合材料和生物材料123 
4.1镁基复合材料概论123 
4.1.1镁基复合材料概论123 
4.1.2非连续增强镁基复合材料123 
4.1.3连续增强镁基复合材料128 
4.1.4镁基复合材料的界面131 
4.2可降解镁基生物材料134 
4.2.1镁基生物材料的发展简史135 
4.2.2生物医用镁合金材料设计136 
4.2.3镁基生物材料的表面改性139 
参考文献141 
第5章镁的制备和镁合金熔炼148 
5.1镁的冶炼148 
5.1.1概论148 
5.1.2改进皮江法研究150 
5.1.3真空铝热还原法研究150 
5.1.4真空碳热还原法研究151 
5.2镁合金熔炼152 
5.2.1概述152 
5.2.2镁熔炼工艺特性153 
5.2.3镁氧化燃烧及阻燃方法154 
5.2.4镁熔体精炼163 
5.2.5镁熔体变质处理173 
5.2.6镁合金熔炼工艺流程175 
参考文献176 
第6章镁合金铸造184 
6.1镁合金压力铸造技术184 
6.1.1镁合金压铸184 
6.1.2镁合金挤压铸造196 
6.1.3镁合金低压铸造199 
6.2镁合金快速凝固201 
6.2.1概述201 
6.2.2快速凝固技术在镁合金中的应用基础202 
6.2.3镁合金快速凝固技术204 
6.2.4快速凝固技术提高镁合金性能的机理208 
6.2.5快速凝固镁合金系及性能210 
6.3其他镁合金铸造技术216 
6.3.1镁合金砂型铸造217 
6.3.2镁合金熔模精密铸造技术218 
6.3.3镁合金新的铸造技术219 
6.4镁合金铸造装备224 
6.4.1概述224 
6.4.2镁合金重力铸造装备225 
6.4.3镁合金压铸装备230 
6.4.4镁合金低压铸造及装备238 
6.4.5镁合金半固态铸造装备240 
6.4.6镁合金挤压铸造及装备241 
参考文献242 
第7章镁合金变形250 
7.1镁合金挤压250 
7.1.1镁合金挤压加工方法250 
7.1.2镁合金挤压生产工艺流程252 
7.1.3镁合金挤压产品及应用263 
7.2镁合金轧制269 
7.2.1概述269 
7.2.2镁合金轧制加工方法270 
7.2.3镁合金轧制板材组织274 
7.2.4镁合金轧制板材织构控制与冲压性能275 
7.3镁合金锻造287 
7.3.1镁合金锻造变形特点287 
7.3.2镁合金锻件材料的选择标准288 
7.3.3镁合金锻造成型工艺288 
7.3.4镁合金锻件的热处理290 
7.3.5典型镁合金锻造构件成型实例291 
参考文献294 
第8章镁合金表面处理298 
8.1化学转化膜298 
8.2硅烷膜301 
8.2.1硅烷膜的形成及特点301 
8.2.2硅烷膜制备的工艺流程302 
8.2.3不同硅烷膜对镁合金耐蚀性的影响303 
8.2.4硅烷预处理阴极电泳复合处理304 
8.3阳极氧化305 
8.4微弧氧化及复合处理308 
8.4.1微弧氧化原理及特点308 
8.4.2微弧氧化封孔复合处理311 
8.4.3微弧氧化后电泳复合处理312 
8.5金属镀层317 
8.5.1化学或电化学镀金属317 
8.5.2喷涂金属320 
8.5.3物理气相沉积金属323 
8.6生物可降解涂层323 
参考文献325 
第9章镁合金焊接与连接328 
9.1概述328 
9.2镁及镁合金的焊接材料328 
9.3镁及镁合金焊接特性329 
9.3.1焊缝中的气孔332 
9.3.2热裂纹倾向333 
9.3.3其他问题336 
9.4镁及镁合金的连接方法与工艺336 
9.4.1钨极氩弧焊(TIG焊)337 
9.4.2熔化极气体保护焊(MIG焊)341 
9.4.3搅拌摩擦焊343 
9.4.4激光焊350 
9.4.5胶接354 
9.4.6钎焊356 
9.5镁及镁合金异种金属的焊接工艺368 
9.5.1AZ31/AZ61镁合金的搅拌摩擦焊368 
9.5.2镁合金与铝合金的焊接369 
9.5.3镁合金与铜的焊接374 
9.6镁及镁合金接头评价方法374 
9.6.1镁及镁合金接头质量要求374 
9.6.2镁及镁合金接头质量评价方法375 
9.6.3破坏性检测方法375 
9.6.4非破坏性检测方法378 
参考文献379 
第10章镁合金的应用382 
10.1镁合金在交通工具领域中的应用383 
10.1.1镁合金在汽车上的应用383 
10.1.2镁合金在摩托车上的应用392 
10.1.3镁合金在自行车上的应用395 
10.2镁合金在航空航天领域和军事方面的应用398 
10.2.1镁合金在航空领域的应用398 
10.2.2镁合金在卫星、空间站方面的应用400 
10.2.3镁合金在武器装备方面的应用400 
10.3镁合金在3C产品和其他方面的应用402 
10.3.1镁合金在3C产品方面的应用402

前言/序言

《中国战略性新兴产业——新材料》丛书是中国材料研究学会组织编写的,被新闻出版广电总局批准为“十二五”国家重点出版物出版规划项目。 
根据国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,新材料被列为我国战略性新兴产业之一。本丛书定位为:从战略性新兴产业的高度,着重论述该类新材料在国民经济和国防建设重大工程和项目中的地位和作用、技术基础、zui新研究成果、应用领域及发展前景。其特点在于体现一个“新”字,即在遵守国家有关保密规定的前提下论述当代新材料的zui先进的工艺和zui重要的性能。它代表当代全球新材料发展主流,对实现可持续发展具有重要的现实意义和深远的指导意义。丛书共16分册,涵盖了新型功能材料、高性能结构材料、高性能纤维复合材料等16种重点发展材料。本分册为《新型合金材料——镁合金》。 
当前,资源及能源短缺已成为制约世界经济可持续发展的突出问题。金属镁具有密度低(钢的1/4、铝的 2/3)、比强度高、减震降噪及屏蔽电磁辐射等优点,更为重要的是金属镁是地球上储量zui丰富的元素之一,在地壳表层金属矿的资源含量为2.3%,位居地球地壳中含量第七位、常用金属中第4位,此外在盐湖及海洋中镁的含量也十分可观。我国是世界上镁资源zui为丰富的国家,可利用的镁储量占世界总储量的70%,金属镁是我国在世界上极少数具有话语权的金属种类之一,我国的镁产量和出口量已连续十年居世界第一。随着我国资源和能源危机加剧,在很多金属矿产日趋枯竭的今天,加大轻质镁合金材料及关键技术研发并推广应用是缓解金属矿资源危机、降低能耗、实现经济可持续发展的重要途径之一。为此,我国政府已将其确定为重要绿色材料和战略新兴材料而列入国家中长期科技发展规划。 
为了促进镁合金的研究开发与应用,近十年以来我国在“863计划”“973计划”“支撑计划”“国际合作”等专项计划中对镁合金材料的研究给予了大力支持。科技部批准依托重庆大学成立了国家镁合金材料工程技术研究中心,国家发展与改革委员会批准依托上海交通大学成立了轻合金精密成型国家工程研究中心,国家质检总局批准在河南鹤壁组建了国家镁及镁合金产品质量监督检验中心。在国家计划的支持下,我国镁产业在材料发展和关键技术创新方面有了重要突破,一批高性能镁合金材料相继诞生,一批制备加工关键技术应运而生并且已开始工业应用,从而为镁产业的快速发展创造了良好的技术基础。我国镁产业已开始构建从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链,已初步形成以高性能材料为基础、产品工程化及应用为目标的涵盖熔炼、铸造、挤压、轧制、锻造、连接、表面处理、热处理和相关装备的产业体系,在原镁产业不断升级完善的同时,深加工产业从无到有,正在向从小到大、从弱到强的方向发展。产业的发展壮大推动了镁合金铸造产品和板材、棒材、型材、管材、锻件等镁合金变形产品的规模化应用,特别是在汽车、摩托车等交通工具领域,已在变速箱、轮毂、悬架、转向器、前后舱体、仪表板、座椅、中控支架等方面形成大规模应用或一定规模的工业化应用。另外,在3C产品、轨道车辆、纺织机械、航空航天、国防军工等工程领域,镁合金的应用量也在稳步上升。镁产业的快速发展和镁合金材料的扩大应用带来了明显的经济效益和社会效益,对顺利实现我国镁资源优势向经济优势的转化具有重大战略意义。 
在国家相关重要科技计划项目的支持下,重庆大学、上海交通大学、中国科学院金属研究所、北京有色金属研究总院、重庆市科学技术研究院、北京科技大学、郑州大学、广州有色金属研究院、沈阳工业大学、西安理工大学、昆明理工大学、西北工业大学、中北大学、山西闻喜银光、重庆盛镁镁业、重庆博奥镁业、上海航天设备制造总厂等单位通过多年的艰苦努力,在镁合金材料、工艺技术及产品应用方面取得了重要进展。本书是这些工作的zui新总结,主要内容包括:变形镁合金、铸造镁合金、镁基复合材料、镁基生物材料、镁冶炼、镁合金熔炼、镁合金铸造、镁合金挤压、镁合金轧制、镁合金锻造、镁合金快速凝固、镁合金热处理、镁合金表面处理、镁合金焊接与连接、镁合金装备、镁合金应用及镁合金产业发展的主要任务与对策等。本书内容先进、全面,引用文献资料丰富、新颖,希望能对从事镁研究开发和工程化应用的学者和工程技术人员有所帮助。 
本书由重庆大学、上海交通大学、沈阳工业大学、中国科学院金属研究所、重庆市科学技术研究院、北京科技大学、郑州大学、广州有色金属研究院、西安理工大学、昆明理工大学、西北工业大学、中北大学、上海航天设备制造总厂等单位的科研人员编写,重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心潘复生院士总负责。各章节编著分工如下:陈荣石(第1章),潘复生、张丁非(第2章),吴国华(第3章),齐乐华(第4章41节),王勇、乔丽英(第4章42节),杨斌、田阳(第5章51节),游国强、龙思远(第5章52节),刘正(第6章61和63节),关绍康、朱世杰、王剑锋(第6章62节),曹韩学、龙思远(第6章64节),潘复生、王敬丰(第7章71节),潘复生、黄光胜(第7章72节),张冶民(第7章73节),张津、蒋百灵、宋影伟(第8章),戚文军、周楠、郭立杰、申世军(第9章),刘正(第10章),潘复生、王敬丰(第11章)。全书由陈先华统稿,潘复生定稿。 
由于编著者水平有限,书中难免存在疏漏和不当之处,敬请读者批评指正。 
潘复生 
2017年4月30日
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本文作者2019-7-16 13:30
hanshibo2001
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