镁合金材料添加各种金属元素对镁合金有什么影响

铝是镁合金材料中最常用的合金元素。铝与镁能形成有限固溶体，在共晶温度(437℃）下的饱和溶解度为12.7%（质量分数）。在提高合金强度和硬度的同时，也能拓宽凝固区，改善铸造性能，有形成显微疏松的倾向。由于溶解度随温度下降而显著减小，所以镁铝合金可以进行热处理。

含铝量过高时，合金的应力腐蚀倾向加剧，脆性提高。市售镁合金材料的铝含量通常低于10%（质量分数）。铝含量为6%（质量分数）时，合金的强度和延展性匹配得最好。少量的钙能够改善镁合金材料的冶金质量，许多生产厂家利用这一点来实现镁合金材料的冶金质量控制。添加钙的目的主要有两点：其一是在铸造合金浇注前加入来减轻金属熔体和铸件热处理过程中的氧化；其二是细化合金晶粒，提高合金蠕变抗力，提高薄板的可轧制性。钙的添加量应控制在0.3%（质量分数）以下，否则薄板在焊接过程中容易开裂。钙还可以降低镁合金材料的微电池效应。

Mn的主要作用是提高镁合金材料的耐蚀性能，以Mn为主要合金化元素的Mg-Mn合金具有良好的耐蚀性能。在其他铸造镁合金材料或变形镁合金材料中，往往加入少量的Mn，与严重损害镁合金材料耐蚀性能的杂质Fe形成高熔点化合物而沉淀出来，减小Fe的有害影响，提高合金的耐蚀性能。例如，锰通过除去铁及其它重金属元素，避免生成有害的金属间化合物来提高Mg-Al合金和Mg-Al-Zn合金的抗海水腐蚀能力。

镁合金材料中添加的稀土元素分两类，一类为含铈的混合稀土，另一类为不含铈的混合稀土。含铈的混合稀土是一种天然的稀土混合物，由镧、钕和铈组成，其中铈含量为50%（质量分数）；不含铈的混合稀土为85%（质量分数）钕和15%（质量分数）错的混合物。

稀土元素原子扩散能力差，既可以提高镁合金材料再结晶温度和减缓再结晶过程，又可以析出非常稳定的弥散相粒子，从而能大幅度提高镁合金材料的高温强度和蠕变抗力。有研究表明，Gd、Dy和Y等通过影响沉淀析出反应动力学和沉淀相的体积分数来影响镁合金材料的性能，Mg-Nd-Gd合金时效后的抗拉强度高于相应的Mg-Nd-Y和Mg-Nd-Dy合金。

镁合金材料中添加两种或两种以上稀土元素时，由于稀土元素间的相互作用，能降低彼此在镁中的固溶度，并相互影响其过饱和固溶体的沉淀析出动力学，后者能产生附加的强化作用。