尹鵬躍　張嘉璐　王云樂　李煜

摘 要：鎂合金是目前實際生產(chǎn)應(yīng)用中最輕的金屬材料，具有密度小，比強度和比剛度高，阻尼性、切削加工性和鑄造性能好等優(yōu)點。因此，鎂合金產(chǎn)品越來越多的用于汽車、通訊和航天工業(yè)中。

關(guān)鍵詞：鎂合金 摩擦 磨損

中圖分類號：TG146 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（c）-0024-01

Abstract：High specific stiffness，damping，the advantages of machining and foundry properties etc.Therefore， magnesium alloy products are used more and more in the automotive，communications and aerospace industries.

Key Words：Magnesium Alloy；Friction；Wear

但由于鎂合金及鎂基復(fù)合材料零部件在使用過程中因相對運動不可避免地與其他材料接觸并產(chǎn)生摩擦磨損，而其耐磨性較差，在汽車發(fā)動機零部件上的應(yīng)用受到一定限制[1]。為了改善鎂合金的性能，學(xué)者們通過對鎂合金進行不同方法的處理，來尋找可以提高鎂合金性能的方法。該文總結(jié)了目前對提高鎂合金摩擦磨損性能研究的一些成果，并提出了一些新型研究技術(shù)。

1 鎂合金的摩擦磨損

鎂合金的摩擦磨損大致可分為4個階段：較低載荷，產(chǎn)生磨粒磨損，氧化磨損，此時在犁溝中分布有大量坑狀剝落；較高載荷，產(chǎn)生剝層磨損，此時出現(xiàn)唇邊及裂紋現(xiàn)象；高載荷，產(chǎn)生粘著磨損，此時犁溝更加平滑，磨損表面較為光滑；更高載荷，產(chǎn)生熔融磨損，輔以粘著磨損進行，此時犁溝表面十分光滑，可看到嚴重塑性變形現(xiàn)象。

常見的鎂合金有Mg-Al-Zn系、Mg-A1-Si系和稀土鎂合金，它們都表現(xiàn)出了良好的力學(xué)性能和耐熱性，在摩擦磨損過程中有一定的承載能力，磨損之后的熱穩(wěn)定性也較好。

Mg-Al-Zn系合金主要有Mg-3A1-1Zn（AZ31）和Mg-9Al-1Zn（AZ91）等。AZ91鎂合金相比AZ31鎂合金的耐高溫和耐磨性要好一點。根據(jù)劉英[2]等的研究，AZ91鎂合金在較高載荷（150～200 N）下，出現(xiàn)了塑性變形和剝落塊。而據(jù)趙旭[3]等的研究，AZ31鎂合金在中等載荷（75～100 N）時，磨損表面就出現(xiàn)了大塊狀磨屑剝落。

Mg-A1-Si系合金主要有AS41 （4.50%A1、0.31%Mn、1.53%Si、Mg余量）和AS21（2.0%A1、0.70%Si、0.20%Zn、0.36%Mn、Mg余量）。Mg-A1-Si系合金的耐熱性要好一點，主要用于汽車發(fā)電機支架和空冷發(fā)動機曲軸箱上的風扇腔等。據(jù)林強[4]等的研究，AS41鎂合金主要由基體（α-Mg相）和第二相（Mg17Al12、Mg2Si和MgO）組成，在200 ℃時除伸長率較室溫時有所增加外，抗拉強度和屈服強度均比室溫時顯著下降，摩擦學(xué)性能在200 ℃也優(yōu)于室溫。

鎂合金在加入稀土后，組織得到了明顯細化，變得更加致密、均勻，這一定程度上可以增加鎂合金的耐磨性。據(jù)祁慶琚[5]的研究，以AZ91和AM60合金作為基體合金，加入富鈰混合稀土制的稀土鎂合金，隨稀土含量的增加拉伸性能與硬度都得到改善，而且稀土鎂合金的摩擦因數(shù)均低于鎂合金基體，稀土的加入使鎂合金的力學(xué)性能得到明顯的增強。

2 不同的表面改性技術(shù)對鎂合金耐磨性的影響

2.1 微弧氧化鎂合金膜層

傳統(tǒng)的鎂合金陽極氧化技術(shù)所得的膜層薄且疏松多孔，不能有效地對基體進行防護。微弧氧化技術(shù)是在傳統(tǒng)的陽極氧化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，使用較高的電壓，超出普通陽極氧化的法拉第區(qū)，在火花放電區(qū)進行表面氧化處理，所得氧化物陶瓷層與傳統(tǒng)陽極氧化膜層相比，綜合性能大大提高[6]。氧化膜的主要磨損形式為表面微區(qū)脆性斷裂，其磨損率遠低于鎂合金，比鎂合金下降一個數(shù)量級。因此微弧氧化處理鎂合金表面，可以顯著提高鎂合金硬度，耐磨和耐腐蝕性。

2.2 激光處理鎂合金表面改性

普通陽極氧化，微弧氧化，處理后外層膜太脆，而采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜和鍍鎳，其溶液會污染環(huán)境[7]。激光表面改性技術(shù)是近年來興起的一種新型技術(shù)，通過在鎂基體材料表面熔覆上一層具有優(yōu)異的機械、物理和化學(xué)性能的非晶涂層，以提高涂層耐磨性和耐蝕性。具體技術(shù)有激光表面重熔、激光表面合金化、和激光熔覆[8]。激光處理可以使鎂合金表面覆蓋一層其他合金的膜，大大降低鎂合金的摩擦系數(shù)。

2.3 攪拌摩擦加工表面改性技術(shù)

攪拌摩擦加工表面改性技術(shù)利用攪拌頭所造成加工區(qū)域材料的劇烈塑性變形、混合、破碎，實現(xiàn)材料微觀組織細化、均勻化和致密化。利用攪拌摩擦加工技術(shù)在鎂合金表面制備復(fù)合層，可以顯著提高材料的表面性能。利用這種技術(shù)，將高強度納米粒子融入鎂合金，使鎂合金具有高的強度和硬度，提高表面抗摩擦磨損性能[9]。

3 結(jié)語

目前提高鎂合金摩擦磨損性能的方法主要分為兩大類，一是改變鎂合金的不同元素配比，二是對鎂合金的表面進行改性操作。也有通過高溫處理，改善鎂合金的整體結(jié)構(gòu)來進行研究。國外有學(xué)者將鎂合金進行超低溫處理，然后再在常溫下研究鎂合金的性能。不同的工藝方法，對鎂合金力學(xué)性能的影響也不同，對于增強鎂合金摩擦磨損特性的方法，總是在探索中才能找到。隨著科學(xué)技術(shù)的日益更新，相信研究者們可以找到更好的方法來提高鎂合金的耐磨性。

參考文獻

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[6] 梁軍，胡麗天，郝京誠.鎂合金微弧氧化膜層的結(jié)構(gòu)和性能[C]//2006全國摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集（一）.2006.

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[8] 許晨陽，周大偉，吳智鵬，等.國外鎂合金激光表面改性技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].有色金屬加工，2007，36（3）：48-50.

[9] 王快社，王文，孫鵬，等.攪拌摩擦加工鎂合金摩擦磨損性能研究[J].潤滑與密封，2008，33（11）：14-19.endprint