導讀

通過在商用AM60合金中添加微量（質量分數<0.2%）Mn、Ce、La元素制備了AM60、AM61、AM60-0.2Ce和AM60-0.2La四種壓鑄鎂合金，揭示了Mn、Ce、La元素對合金平均晶粒尺寸、孔隙率及孔隙形態、力學性能、耐腐蝕性能和流動性的影響規律，旨在為開發超大型一體化壓鑄汽車零部件用新型鎂合金奠定基礎。

近年來，電動汽車產業發展迅速。由于電池帶來的額外增重，電動汽車對輕量化的需求高于內燃機汽車。在眾多輕量化方案中，一體化鎂合金高壓壓鑄超大型汽車部件脫穎而出。特斯拉將171個復雜部件集成為兩個一體化鋁合金Giga鑄件，減重30%，成本降低40%。而用鎂合金替代鋁合金，由于鎂合金密度僅為鋁合金的2/3，可進一步減重約30%。2023年，重慶大學國家鎂合金工程研究中心聯合多家企業，成功生產出全球投影面積超過2.2 m²的最大鎂合金超大型一體化高壓壓鑄汽車部件，比原鋁合金鑄件輕32%，充分展現了鎂合金在汽車輕量化領域的巨大潛力。超大型一體化壓鑄已成為新能源汽車輕量化發展的重要趨勢。

針對超大型汽車壓鑄件，所用壓鑄鎂合金需同時具備優異熔體流動性、免熱處理優良力學性能、良好耐腐蝕性與低成本等特點。目前業內已開發多款高性能壓鑄鎂合金，但多數難以同時實現高強度與高塑性；部分高稀土鎂合金雖性能突出，但存在成本偏高、熔體流動性差的問題，無法適配超大型一體化壓鑄工藝。近年來已開發出多種高性能HPDC鎂合金，但同時兼具高強度和高塑性的合金很少。許多高性能合金含有中高含量的稀土元素，導致成本高、流動性差，不適合超大型一體化壓鑄。因此，有必要開發新型低成本、高強塑性鎂合金。

近日，重慶大學蔣斌教授團隊以商用 AM60 鎂合金為基體，分別添加微量低成本Mn、Ce和La元素，制備 AM60、AM61、AM60-0.2Ce、AM60-0.2La 高壓壓鑄合金，在不顯著增加成本的前提下，實現了強度、塑性、耐腐蝕性能與流動性的協同提升。相關成果以題為 “Microstructure and properties of HPDC AM60 based alloys for super-sized integrated automotive components” 發表于期刊Transactions of Nonferrous Metals Society of China.

AM60系壓鑄合金的顯微組織主要由較大的ESCs和細小的等軸晶組成。Mn、Ce、La的加入使AM60合金的平均晶粒尺寸減小。而在AM61合金中，ESCs所占比例最高。合金孔隙率的大小順序為：AM61 > AM60 > AM60-0.2Ce > AM60-0.2La。

室溫拉伸試驗結果表明，四種合金均實現了強度與塑性的良好匹配，主要以細晶強化為主，外部凝固晶體、大尺寸孔洞等壓鑄缺陷。AM60-0.2La合金具有最佳的力學性能，其抗拉強度為288.0±1.7MPa，抗拉強度為158.0±1.0 MPa，伸長率為22.0±3.0%。

四種合金的耐腐蝕性能的排序為：AM60-0.2La > AM60-0.2Ce > AM60 > AM61。AM60-0.2La的耐蝕性最好，腐蝕速率為0.29mm/a，與AM60合金相比，約降低了40%。這可歸因于La對鎂熔體的凈化作用、低電位差Al11RE3相的析出和孔隙率的降低。

四種合金的流動性從高到低依次為：AM60-0.2La > AM60-0.2Ce > AM60 > AM61。Mn、Ce、La元素的加入影響優先析出相Al8Mn5的數量，從而影響合金的流動性。此外，鎂熔體中元素擴散系數的變化導致了AM60系合金之間流動性的差異。

本文轉載自《特種鑄造及有色合金》