隨著輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料在航空航天、軍工及汽車等重要工業(yè)領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用，鎂合金以其低密度、的特點(diǎn)受到科研人員的高度重視，并得到企業(yè)界的關(guān)注。在鎂合金體系中，相比于傳統(tǒng)的鎂鋁系和鎂鋅系合金，以稀土為主要合金元素的鎂稀土合金具有更高的強(qiáng)度和抗蠕變性能，因而其作為結(jié)構(gòu)材料在上述關(guān)鍵領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。基于上述需求，近年來國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了一系列的鎂稀土合金材料，并開展了相關(guān)的制備、加工技術(shù)和應(yīng)用研究，取得了較大的進(jìn)展。但在鎂稀土合金開發(fā)和應(yīng)用過程中，仍遇到一些困難及技術(shù)瓶頸難題，主要表現(xiàn)在材料的成分設(shè)計(jì)、熔體純凈化與細(xì)化、材料制備與成型加工技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面。近日上海交通大學(xué)輕合金精密成型中心丁文江院士、吳國華教授與江蘇大學(xué)材料學(xué)院汪存龍博士及上海理工大學(xué)材料學(xué)院孫明博士等人系統(tǒng)綜述了鑄造鎂稀土合金的研發(fā)與應(yīng)用概況。該文主要針對鎂稀土合金的材料設(shè)計(jì)、熔體純凈化與細(xì)化、材料液態(tài)加工技術(shù)、鎂稀土合金的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等進(jìn)行了詳細(xì)的綜述。（1）鎂稀土合金材料體系的開發(fā)稀土元素（RE）通常分為兩類，即輕稀土和重稀土，已經(jīng)開發(fā)的高強(qiáng)耐熱Mg-RE系合金主要以重稀土為主，例如Mg-Gd，Mg-Y，Mg-Nd，Mg-Dy，Mg-Sm等。上述新近開發(fā)的Mg-RE合金具有與常規(guī)Mg-Al或Mg-Zn系列合金相當(dāng)?shù)拿芏鹊W(xué)性能得到大幅度提高；而與鑄造Al合金相比，其具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和更低的密度；因而鎂稀土合金具有兼具高強(qiáng)度和低密度的優(yōu)勢。常見的鑄造鋁合金和鎂合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨輕金屬密度變化的示意圖如圖1所示。由于Mg-Gd和Mg-Y合金具有很強(qiáng)的時(shí)效硬化能力和潛在的實(shí)際加工潛力，因此成為研究多的合金，而現(xiàn)有的鎂稀土合金也主要基于此兩種體系。

隨著科技的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，節(jié)能、環(huán)保是當(dāng)前及未來較長一段時(shí)間的主要發(fā)展課題。新型材料，尤其是某些有色金屬合金材料，如：鎂合金，在強(qiáng)度、剛度、制造性、加工方式、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性等方面，與傳統(tǒng)材料相比都具有明顯的性能優(yōu)勢[1]。因此，鎂合金在航空、軍事、民用器械等制造加工領(lǐng)域應(yīng)用越來越普及，如航空航天的飛機(jī)變速箱、天蓬框架、發(fā)動(dòng)機(jī)箱體，以及人們體育運(yùn)動(dòng)使用的網(wǎng)球拍、辦公使用的打印機(jī)滾筒、核電站使用的核燃料零件箱等，都廣泛使用了鎂合金結(jié)構(gòu)材料[2]。目前，鎂合金已經(jīng)成為除鋼鐵、鋁合金之外的第三大金屬結(jié)構(gòu)材料[3]。

鎂是化學(xué)元素周期表中比較的金屬元素，具有非常強(qiáng)的化學(xué)活性和氧化性[4]。純鎂為銀白色，表面容易與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氧化鎂薄膜。鎂的密度很小，相應(yīng)地鎂合金密度也比較小，是比鋼鐵、鋁合金更輕的輕型結(jié)構(gòu)材料[5]。主要特點(diǎn)如下：

（1）鎂合金的密度很小，相當(dāng)于鋁合金的35%左右，鋼鐵的25%左右。

（2）鎂合金穩(wěn)定性強(qiáng)，可以進(jìn)行快速切削加工，且能夠保持較高的鑄造尺寸精度和機(jī)械加工尺寸精度。

（3）鎂合金具有很強(qiáng)的抗電磁干擾屏蔽性，在生產(chǎn)加工與使用過程中具有很強(qiáng)的適用性。

（4）鎂合金的化學(xué)性質(zhì)活潑，熱加工性較弱，在熔煉鑄造與焊接過程中容易產(chǎn)生缺陷。

鎂合金與鋼鐵、鋁合金一樣，都屬于金屬結(jié)構(gòu)材料，都可以通過機(jī)械加工、熔煉鑄造鍛壓、焊接熱處理等方式進(jìn)行生產(chǎn)加工[6]。一般地，鎂合金按照合金系的不同主要分為五大類：Mg-Al 系合金、Mg-Zn 系合金、Mg-Mn 系合金、Mg-RE 系合金、Mg-Li 系合金。按照生產(chǎn)加工方式的不同分為兩大類：鑄造鎂合金、變形鎂合金[7]。

鎂合金是以鎂為基體，同時(shí)加入其他元素合金化而成，能夠改善材料的物理、力學(xué)、熱力學(xué)、耐腐蝕等性能，從而滿足不同領(lǐng)域及工作環(huán)境的需求 。稀土元素能夠在一定程度上改善鎂合金的熔體凈化效果和鑄造能力，同時(shí)能夠優(yōu)化組織，提高材料的力學(xué)性能及抗氧化和抗蠕變性能 ，使鎂合金強(qiáng)度提高1.5~2.5倍，極限工作溫度提升至350℃，且耐蝕性能顯著提升，拓展了鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。Gd對鎂合金具有顯著的強(qiáng)化效果，但其高昂的價(jià)格限制了Mg-Gd系合金的應(yīng)用與推廣，因此，需要尋找到與Gd作用相似且廉價(jià)的合金化元素。Er在鎂合金中與Gd具有類似的作用，這使得新型含Er鑄造鎂合金的應(yīng)用成為可能，且價(jià)格低廉，目前已開發(fā)出了一系列具有較高強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的含Er鑄造鎂合金。本課題綜述了Er對鑄造鎂合金熔體、組織與性能的影響規(guī)律及其作用原理，構(gòu)建了含Er稀土鎂合金固溶度變化簡易模型，展望了含Er鎂合金未來的研究方向。

鎂的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡谌蹮捄蜐沧⑦^程中容易與環(huán)境中的水氣等發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣、氧化物，導(dǎo)致縮松、縮孔、夾雜等鑄造缺陷產(chǎn)生。根據(jù)Pilling Bedworth理論，Mg生成的氧化膜的體積比例系數(shù)（RPB）＜1，屬于疏松型，對熔體不能起到有效的保護(hù)作用。含Er鎂合金在熔化的時(shí)候，由于Er與氧的親和力更大，將生成稀土氧化物Er2O3，在熔體表面形成較致密的氧化膜，體積比例系數(shù)＞1，能夠有效減少熔體的氧化夾雜。通過熱力學(xué)分析可知，Er與熔劑中的MgCl2具有較強(qiáng)的交互作用，在熔化和精煉過程中，Er會(huì)與熔體中的過剩MgCl2發(fā)生還原反應(yīng)，生成ErCl3，并沉降，有效地抑制合金中的熔劑夾雜。此外，Er會(huì)與鎂熔體中析出的氫氣反應(yīng)，生成密度較高的高熔點(diǎn)化合物ErH2，下沉后成固體渣，從而減少疏松和夾雜。澆注過程中，稀土氧化物Er2O3所形成的致密氧化膜可以有效地減少熔體的二次氧化夾雜。

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