1、镁合金产业化工程项目1项目提出的必要性与重要性由于镁价持续下滑，生产金属镁已无利可图，山西省广灵化工总公司依靠生产高电位镁牺牲阳极和八个品牌的镁合金的新技术优势，通过技术创新，进一步开发科技含量高、附加值大的镁合金压铸件产品，追求产品的最大值，取得最佳经济效益。高电位镁牺牲阳极及镁合金和镁压铸件的生产，为我国金属镁深加工开辟了一条新路，为镁业走出困境带来新转机，提高了我国镁产品在国际市场上的竞争力，为国家创收外汇，也必将推动我国汽车工业的发展。2产品介绍镁合金产业化工程项目主要生产高电位镁牺牲阳极、镁合金、镁合金压铸件。高电位镁牺牲阳极是当今世界先进的防腐工程材料，主要用于埋地管线、管网、船舶
2、等钢铁构筑物的防腐保护，此种产品世界上仅有少数几家能生产，广灵化工总公司研制生产的高电位镁牺牲阳极的化学成份及电化学性能均达到或超过了国际标准，并被认定为国家级重点新产品。镁合金及镁压铸件产品主要用于汽车上的转向轮、仪表盘、座椅架等汽车上的部件，以减轻汽车的自重、降低油耗、减少污染，因此，倍受汽车制造业的青睐。根据市场调研，本项目确定生产高电位镁牺牲阳极 2000 吨，镁合金 3000 吨，镁合金压铸件 2000 吨，镁渣硅酸盐水泥 10 万吨的生产能力。3产品的市场预测与分析高电位镁牺牲阳极这种防腐材料已被越来越多地用于石油、天燃气输送管道的防腐保护，由于其生产技术难度大、科技含量高，世界上
3、仅有几家能生产，所以，市场上该产品供不应求，据调查，仅北美年需求量就达二万吨，国内年需求量也在大幅度的增加。据国际镁协会公布的资料，国际镁合金压铸件的需求将从1997 年的 95 万吨预测到 2000 年增长到 18.2 万吨在我国每年仅在汽车上用镁合金压铸件的数量达 26 万吨，而且以 16的速度递增。而在我国仅有上海乾通汽车附件公司、南京华宏（集团）有限公司等少数几家生产，其产量也不足 2400 吨。所以此产品缺口较大，市场广阔。6企业概况与项目进展情况山西省广灵化工总公司为中型一类企业，企业性质属集体所有制，有员工 1800 多名，其中技术人员 136 名，下辖 11 个分厂（公司） ，
4、主要生产铵梯炸药、乳化炸药、高电位镁牺牲阳极、镁合金、镁渣水泥、木器、雕塑等十多种产品。总公司总资产9242 万元，其中固定资产净值 4317 万元，企业资产负债率为 56. 7，企业银行信誉等级为 AA 级。1998 年实现利税 1508 万元， 1999 年已实现利税 2000 万元。是县域经济的龙头企业，大同市15 户重点优势企业之一，省级先进企业、科技型企业和模范纳税户。镁合金市场趋势及工业应用前景 访富来远东有限公司总经理黄奇德先生 以轻质和可回收使用为应用特点的镁合金，日益成为现代工业产品的理想材料。二十世纪九十年代，其市场需求一直呈稳定增长的趋势。现代科技和相关产业技术的发展，不
5、仅消除了人们对使用镁合金的疑虑，而且使其各项独特优点更臻完美，应用范围迅速扩展，特别是汽车零部件的大量应用，电讯产品向轻、薄、短、小方向发展，以及相关行业的密切合作与技术整合，更使这种新兴材料的市场发展呈现极为乐观的前景。 杂志将一连四期访问富来远东有限公司总经理黄奇德先生，让读者全面了解镁合金产品市场对本港压铸工业的影响。德国富来是镁合金压铸工业的 楚，也是全球第一间生产全电动压铸机。黄奇德先生于富来远东出任总经理职位多年，对镁合金市场的演进，认识尤深。 全球需求的增长趋势 镁在地壳和海水中含量丰富，其储量在所有元素中排行第八。二十世纪六十年代，镁金属首先在汽车工业市场上逐渐为人们所注目。但
6、它作为可用性的工程材料，则在八十年代之后。这主要是由于高纯铸造镁合金的发展和在铸造车间免除了使用氯化物盐类试剂，以及成功开发镁合金的热室与冷室压铸设备。到九十年代，在汽车工业出于经济考虑和政府法律要求致力于改善车辆燃油效率的驱使下，镁合金市场需求更呈现稳步上升的趋势。及至九八年，全球镁市场交易额已达到 360,000 吨。 以镁合金压铸件为例，根据国际镁协会（International Magnesium Association）和 Hydro Magnesium 的估计，九一年，在全球镁合金压铸件中，镁的应用已达到 24,000 吨。此后每年以 15-20的速率稳步增长，及至九七年，已达 6
7、4,000 吨。预计2000 年将突破 100,000 吨大关。到 2008 年，可能增加到240,000 吨规模（见图 1） ，其中 80是汽车工业的应用。 从市场地域分布情况看，以 1997 年为例，当年全球镁市场成交总数 333,700 吨中，居第一位的北美洲占 59.5，西欧占24.0，亚洲/大洋洲占 12.9。而在应用领域的分配中，铝合金用镁占 43.2，其次就是镁压铸件，约占 28.7。九九年欧洲的用镁量，主要反映了该地区在汽车工业上的增长，这是由于著名的 Ford，Mercedes，Opel 和 Volkswagen/Audi 等牌子汽车全都增加了镁合金的应用量，而这一趋势至少将
8、会延续到 2010年。 制造厂商和材料供货商的合作，也是镁市场增长的推动作用。例如，九五年，Hydro Magnesium 与 General Motors 签署了直接供应协议。同年，Volkswagen 购置了在以色列的 Dead Sea Magnesium 的 35股份。九六年，Ford Motor 公司也承诺对澳洲发展一个新的镁生产厂提供财政支持。 镁合金的性能优势 多年来，镁合金的应用曾受到三种疑虑的影响，它们是：高成本(物料贵及回收再用费贵)；高腐蚀性；以及高易燃性。 事实上，熔化镁所消耗的能量虽大于熔化锌，但小于熔化铝。而当今的无助剂熔镁技术和添加硫氟化物（SF6）技术，已控制熔化
9、镁时的耗损程度减至最低。同时，镁合金的良好切削性能和可控制的极小铸造误差，以及很高的压铸生产率，都使得镁的应用成本大为下降。至于镁合金制件的腐蚀问题，亦已藉助添加垫片等简易技术措施得以避免。而镁铸件并不像镁粉那样存在易燃问题，对于熔融状态的镁合金件或在高速切削时的高燃烧性也早已有了相应防护措施。因此，上述疑虑在当今技术条件下无需担心。镁材料一系列的独特优点： 重量轻下表列出了有关金属的比重： 金属比重（g/cm 3） 铅 铜 黄铜 钢 锌 钛 铝 镁11.3 8.9 8.5 7.9 7.1 4.5 2.8 1.8在同等刚性条件下，一磅镁的坚固程度等同于 1.8 磅的铝和 2.1磅的钢。同时，镁
10、能制出与铝同样复杂的零件而重量则较后者轻三分之一。上述特性对于现代一些手提类产品是至关重要的。而对于车辆，这一特性将显著地减少其激活惯性，并节省燃料消耗。吸震性能高镁有极好的滞弹吸震性能，可吸收振动和噪音，这对于用作设备机壳减小噪音传递，和提供防冲击与防凹陷损坏是重要的。 尺寸稳定性-这是镁的特点之一。当它从模具中取出时，产品只有很小的残余铸造应力，因此，它无需退火和去应力处理的必要。某些金属长期暴露在较高温度环境下，即是不加载荷也会产生尺寸结构的变化。而使用 AM 类镁铸造合金则不会出现这类现象。而在加载情况下，这种金属也能呈现很好的抗蠕变特性。例如，压铸件在超过 120条件下承受 100
11、小时，只有 0.1至0.5的总伸长。其它一些新发展的镁合金还可提供更大的抗蠕变强度。 自动化生产能力和高的模具寿命由于熔融的镁不会与钢起反应，这使得它更易于实现在热室压铸机中进行自动生产操作，同时也延长了钢制模具的寿命。与铝的压铸相比，镁铸造时模具寿命可比前者高出 2-3 倍，通常可维持 20 万次以上的压铸操作。 良好的铸造性能在保持良好的结构条件下，镁允许铸件壁厚小至 0.6mm。这是塑料制品在相同强度下，无法达到的壁厚。至于铝合金也要在 1.2-1.5mm 范围下，才可以和镁相比。高的模铸生产率与铝相比，镁有更低的单位体积热含量，这意味着它在模具内能更快凝固。一般说来，其生产率比铝压铸高
12、出 40-50，最高时可达到压铸铝的两倍。 良好的切削性能镁比铝和锌有更好的加工及切削特性，这促使镁成为最易切削加工的金属材料。下表列出了有关金属的切削能量消耗指数比较： 有关金属切削能量消耗指数：镍合金 中碳钢 铸铁 黄铜 铝 镁10.0 6.3 3.5 2.3 1.3 1.0镁的良好切削性能表现在：允许较高的切削速度；减少切削加工时间；比其它金属有高出几倍的刀具寿命（极少停机换刀并节省了操作时间与刀具成本） ；有优良的表面光洁度，并一次切削获得；极少出现积屑瘤；有良好的断屑特性及温度传导性，可免除使用冷却液或润滑液。 可回收再用废旧镁合金铸件可再熔化，并作为 AZ91D，AM50或 AM6
13、0 的二次材料进行铸造。由于压铸件的需求不断增长，可回收再用的能力是非常重要的。这符合环保的要求，使得镁合金比许多塑料材料更加吸引。 高散热性镁合金有高散热性能，适合现今设计密集的电子产品。 高电磁干扰屏帐镁合金有良好的阻隔电磁波功能，适合现今发出电磁干扰的电子产品。 其它特性除上述主要特性外，镁合金还具有长期使用条件下的良好抗疲劳，以及低的裂纹倾向，和无毒、无磁性等一些特点。富来远东有限公司总经理黄奇德先生指出，制造镁合金产品需要多方面技术配合。 目前，镁合金主要用于高档电子产品及汽车零件，精度要求较高，电子产品多要求薄壁件，而汽车零件则要求精密性高。因此除需要高刚性、高射速的压铸机外，更需
14、要尺寸精密，流道设计合理的先进模具配合。而本港压铸产品主要是精度要求较低的铸件，一般均再经人手打磨拋光，而且在国内管理模式亦较为落后。反观，台湾压铸有较多为电子零件及汽车零件，这些产品对生产管理、模具、压铸技术要求较高，因此，在发展镁合金压铸方面，明显有一定的优势。台湾的另一个有利条件是工业发达，工业股份公司在市场集资容易。而整个镁合金压铸配套所需投资亦较大，工业集团可作规模性投资。 近年手提电脑风行全球，镁合金较高强度特点恰好正是理想的超薄型笔记计算机的外壳材料。由于台湾已掌握一定基础的压铸技术，而且本身亦是全球笔记型计算机的生产基地，自然便成为日本以外，制造超薄笔记型计算机外壳的王国。选择
15、合适的冷室或热室压铸机 近年流行的镁合金外壳产品是本港压铸厂商梦寐以求的新兴市场。很可惜本港压铸厂商对这门技术认识不深，而且投资不菲，导致他们裹足不前。其实这门技术不难，只是存在小部份技巧而已。今期产品开发篇继上期剖析亚洲镁合金市场后，富来远东总经理黄奇德先生对选择合适的镁合金压铸机作出一点建议。 镁合金铸造方法 镁合金铸造方法大致可分为：（1）重力浇注 (Gravity Die casting) 、 （2）低压铸造 (Low pressure die casting) 、 （3）半固态压铸 (Thixcasting) 、 （4）半熔注塑法 (Thixomolding) 及（5压铸 (High
16、 pressure die casting)。半熔注塑法和半固态压铸为较新之生产技术。半熔注塑原理接近注塑机，首先把镁锭加工切削成细料状，原料由进料筒定量进入螺杆，在加热区通过螺杆转动挤压推进，使其变成半熔状态并高速高压射入模腔，由于无需完全熔化，此法较节省能源，亦较为安全，无需保护气体或覆盖盐，内在气泡较少，表面质量亦较高。但同时亦存在很多问题有待解决，例如： 原料较贵 设备昂贵 生产速度慢 技术尚未稳定，其中参数如定量控制，各温度区的准确控制均有难度，因此成品率不高。所以此法目前用家不多 半固态压铸 半固态压铸使用实时控制之超高压冷室压铸机。首先生产晶粒结构细致均匀之棒料 (多由电磁感应搅
17、拌生产) 切成适当长度，通过特别控制之电感加热器将棒料加热至半固态，再用机械人放入冷室机射料腔内，进行实时多速高压挤入模腔，此法主要用于高强度要求厚壁安全件，压铸后可进行热处理。此工艺成本更高，目前仍处于研发阶段。 冷室及热室压铸工艺较为流行 较为普通的是压铸工艺，镁合金可用热室或冷室压铸。过去由于热室机型所限，一公斤以上镁件要使用冷室机之说。现时德国富来已有930 吨之热室镁合金机，最高铸重量可达 6.4 公斤，有多台在使用中。正确来说，应以铸件的壁厚来决定所使用的工艺。薄壁件采用热室法，厚壁件使用冷室法，主要原因是镁合金流动性高，同时会快速凝固，能于合金进入模腔并固化前维持其内热，它的液态
18、高流动性有助其及早填满模腔。在这方面热室比冷室法优越。同时，镁合金铸件所需比压较铝合金低，热室机比压可满足要求，因而镁合金热室机最适合生产薄壁件。 冷室压铸 一适合厚壁件 设备包括冷室压铸机、镁合金定量炉、镁锭预热及自动进料器、模温机、保护气体混合装置、取件机器人等。 选择冷室机时有以下特别考虑的因素： 由于镁合金的比压要求 (约 300-400 bar) 较铝合金低 (约 600-700 bar) 需要较小的射料力才可达至较佳较果，因此选择机型时要留意射料部份，最好可配上不同射料力。 由于镁合金极易凝固，因此要求大流量短填充时间，实际射速每秒 6-7 米或以上并不罕见。空速度要求则更高。计算器器能量时需参考其 PQ2图。 由于液态的镁合金为易燃物及高流动性，为安全计，电线及油喉应尽量内藏。机器夹缝应尽量遮盖以避免镁合金流入。外露之电线及油喉必须特别保护。 由于射速极高，为减少飞边，冲头最好有急剎功能。 由于镁合金压铸工艺较难控制，机器的稳定性及参数可控
