序言：我国是世界上镁资源最丰富的国家，已探明的菱镁矿石约占世界探明储量的1/4。菱镁矿石经过燃烧，碳酸镁分解为氧化镁和二氧化碳。工业用镁的纯度可达到99.9%。镁原子最外层的两个电子很易失去，是很活泼的金属，因此纯镁不适合做结构材料。纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆或稀土元素形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料广泛使用。

由于镁的密度小，它的合金以质轻著称，其比重与塑料相近，同时刚度、强度不亚于铝，具有较强的抗震、防电磁、导热、导电等优异性能，并且可以全回收无污染，可以称为绿色环保材料。

关键词：镁合金；镁铝合金；稀土镁合金；中间合金

1.镁铝(Mg-Al)合金

镁合金中，目前使用最广的是镁铝合金。镁铝合金有AZ (Mg-Al-Zn-Mn)、AM (Mg-Al-Mn)、AS (Mg-Al-Si)和AE (Mg-Al-RE)几个系列。

AZ91D，属于AZ系中AZ91系列合金，是高纯牌号。它具有均衡的力学性能、铸造性能和耐蚀性。某用户此牌号薄壁件产品在放置一段时候后表面出现了点状腐蚀和条纹状暗斑。取不同区域的表面及横截面制样，使用岛津电子探针EPMA-1720进行测试分析。

无论是点状腐蚀还是条纹状腐蚀形态，在腐蚀位置都检测出集中分布的腐蚀性元素Cl、S等，合金铸件中的这些元素溶剂可导致合金制品的耐腐蚀性能大幅度降低。

当然，影响镁铝合金耐蚀性能的因素有许多，除腐蚀元素夹杂外，合金中的夹杂元素Fe、Ni、Co、Cu对镁铝合金的耐蚀性影响最大；镁铝合金在海洋气候环境下或酸雨环境中的抗蚀性也会大大降低；与合金本身的加工工艺、组织状态等也有关系。

EPMA作为微区分析仪器，观察和分析腐蚀位置处的特征，可以辅助评估究竟在原材料、工艺、处理状态、运输、仓储等哪一个具体的环节不符规范，最终导致产品出现失效现象或质量问题。

另外，此镁铝合金中，用来提高拉伸性能的Zn和改善耐腐蚀性的Mn相对分布均匀，符合当初设计要求。

2.镁稀土(Mg-RE)合金

稀土金属活性较高，作为主要的合金元素或微合金化元素，广泛应用于钢铁及有色金属Cu、Al、Zn和Mg等合金中。

在稀土镁合金的应用与开发中，已经有很多成熟的使用，如最轻的合金Mg-Li系合金中添加La、Ce、Nd等稀土元素，可提高合金的强度和硬度；最广泛应用的Mg-Al合金中可添加Ce、Nd、Y，以提高合金的高温蠕变强度、改善高温力学性能。

现在镁合金的应用按照使用场景的不同有很多类细分，如本次测试的为Mg-Zn系耐热镁合金。添加的稀土元素具有很高的化学活性，与O、S等元素具有较强的结合力，因而在冶金过程中可以净化熔体、改善组织、提高综合力学性能。大部分稀土元素在镁中有较大的固溶度，可以实现固溶强化和沉淀强化。

试样合金中的稀土几乎全部分布于晶界，但不连续，平均晶粒尺寸直径为24.5μm，晶界相宽度约2.4μm。富集于晶粒表面及晶界位置的稀土活性元素可以填充晶界处的晶界空位，改善晶界附近的组织形态，提高高温抗蠕变性能。

在添加稀土元素的基础上，辅助性添加少量的Zr，可以弥补其他元素的不足，进一步细化晶粒，随着Zr添加量的增加，Mg-Zn系耐热镁合金的高温抗拉极限强度得到提高。

另外，微区分析仪器比较有代表性的是波谱仪WDS和能谱仪EDS，国内使用EDS的用户较多。由于EDS的分辨率低于WDS一个数量级，而这些稀土元素之间的特征X射线能量差异比较小，在EDS谱图上特征谱峰会出现严重的相互干扰重叠的现象，如图5所示。这对后续的分析和测试会造成干扰和误判，出现错误的测试结果。

3.镁-钇(Mg-Y)中间合金

镁钇中间合金可在含稀土的铸造和变形镁合金中作为原料使用。稀土Y是提高镁合金机械性能的优良添加剂，可显著提高合金耐高温性，抗腐蚀性和抗蠕变性，同时细化镁合金的枝晶组织、改善铸造和加工性能。

一般的Mg-Y系合金中Y含量低于8%，具有良好的铸造性能、时效硬化及高温抗蠕变性能，在新型航空发动机齿轮箱和直升机变速系统及赛车气缸中都有较多的应用。

本次测试的Mg-Y为作为原料使用的中间合金，较为纯净，杂质含量很低。两种元素在铸态组织分布的形貌和成分测试（背散射成分相中，灰色区域为富Y相，黑色为Mg富集区域）结果如下：

小结：

镁合金具有优良的性能，随着现代科技和相关产业技术的进步，其市场需求一直呈现稳定增长的趋势，有着极为乐观的应用前景。

EPMA作为微区分析仪器，兼具高分辨率和高灵敏度的特点，在镁合金基础材料研究中有着不可替代的地位。其原位分析的特点，使之在镁合金产品设计开发、成品检验、失效品分析中也具有很广的应用空间。

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