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Mag-Alloys Ingot series 鎂稀土中間合金
- 鎂釓合金 - (MgGd) -5/20/25/30 鎂稀土中間合金
- 鎂鈣合金 - (MgCa) -10/15/20/25/30 鎂鈣土中間合金
- 鎂鑭合金- (MgLa)- 5/20/25/30 鎂鑭中間合金
- 鎂釔合金- (MgY)- 10 /20 /25/ 30 /40 釔鎂合金
- 鎂矽合金- (MgSi)- 5 /10 /20 鎂矽中間合金
- 鎂鈧合金-(MgSc)- 5 /10 /20 /30 鎂鈧中間合金
- 鎂鋰合金-(MgLi)- 10 /14 鎂鋰中間合金
- 鎂錳合金-(MgMn)- 3 /5 /10 鎂錳中間合金
- 鎂鈰合金- (MgCe)- 5 /20 /25 /30 鎂鈰中間合金
- 鎂釹合金-(MgNd)- 25 /30 /40 鎂釹中間合金
- 鎂鋯合金-(MgZr)- 20 /25 /30 鎂鋯中間合金
鎂基中間合金 工業用途：
鎂合金與基本性質分類 依據 ASTM 系統，鎂合金的命名原則是：第一部份用二個英文字母表示，代表二主 要合金元素，前後順序是依照含量高低排列，A 表鋁、E 表稀土金屬、H 表釷、K 表鋯、 M 表錳、Q 表銀、S 表矽、T 表錫、Z 表鋅。
在商業應用上，鎂合金的主要用途大致上可分為兩大類，即結構用途及非結構用途 兩種；結構方面的使用乃是考量其機械性質所做的應用，而非結構用途則是利用該材料 在物理或化學上的性質，如電性、磁性等，表現其特有的功能。一般結構性材料及非結 構性材料的應用，大致上有以下幾種： 結構材用途：如鑄造及鍛造之合金件。
由於上述鑄造鎂合金，具有可生產尺寸穩定，且由於部分鎂合金塑性良好，結構複 雜的構件亦可經由超塑性成型式製作，故有高度生產性。但由傳統鑄造方式所得鎂合金，常會有孔洞形成，故常會造成延展性不高、疲勞強度不足等現象 。
解決這樣的問題，鍛造用(塑性成型或機械成型)的鎂合金便孕育而生，這類合金不但改 善了鑄造鎂合金之缺點，也使得鎂合金可以展現其正常良好之銲接性，而這類常見適合 鍛造用鎂合金大致有 AZ 系列合金、ZK 系列合金等。
以上合金都是隨著應用上需求的不同，加入各種不同的元素，使鎂合金產生各種不 同的性質，以滿足商業應用上的需求。針對鎂合金中添加不同元素所造成的效果，以下 3 是一個簡單的整理：
1. 鋁(Al)：固溶強化，如Al含量在 6% 以上時，藉由析出硬化與析出物β相(Mg17Al12) 之分散強化，但雖可以提高強度，但隨鋁含量增加，延展性和衝擊值會減少。 此外，也可以改善材料本身之鑄造性，而該β相的存在亦可改善其耐蝕性。
2. 鋅(Zn)：添加鋅主要可改善鎂合金的增加抗腐蝕性及改善鑄造性，此乃由於Mg32Zn49 的形成所致；然而，但當增加至 2~5% 時，在高溫工作下，材料很容易產生 熱裂 。此外，鋅的加入可以減少鐵、鎳的固溶量，因此亦具有去除雜質的 作用。
3. 錳(Mn)：可在鎂合金中，與鋁形成化合物，同時其中固溶Fe、Ni 及Cr，可改善耐 蝕性。添加Mn對鎂合金在抗拉強度的影響甚微，不過在另一方面卻對降伏 強度有明顯的增加，因為MnAl6化合物的影響，而造成的特殊強化現象。
4. 矽(Si)：易與鎂形成 Mg2Si 化合物，此化合物的外形多為圓角狀，略帶淡藍色，微 細分散在晶粒晶界，可提高耐磨性，亦可改善其鑄造性；然而，卻會降低鎂 合金的可塑性。
5. 錸(Re)：固溶體硬化，隨著析出硬化，與鎂合金成熱安定，且形成硬質的介金屬化 合物，並可提高耐熱性與抗腐蝕性。
6. 銻(Sb)：銻的添加有助於抑制晶粒成長，因而細化微結構，提高拉伸性質及韌性。
7. 銀(Ag)：添加銀可增進鎂合金的機械強度，使其在室溫中有很強的強度；不過值得 注意的是，在高溫(280 °C)工作時此化合物卻會失效。
8. 鈣(Ca)：可提昇合金的耐熱性，亦與鋁形成Al2Ca，對鎂合金硬度有提昇的作用。
用有如上述析出物一般，乃是用來阻礙差排來提高強度，一般來說可將強化物分為五類：
1. 連續纖維(Continuous fibers)：如硼纖維、石墨纖維等。
2. 不連續纖維(Discontinuous fibers)：如 fiberfrax。
3. 鬚晶(Whiskers)：如 SiC。
4. 顆粒(Particulates)：如SiC、Al2O3、WC、SiO2。
5. 金屬線(Wires)：如鎢線。 早期金屬基複合材料的研究大多以連續性纖維強化之複合材料為研究重點，但是由 於製程繁雜與成本較高，
所以近年來大多數學者投入”顆粒強化金屬基複合材料”其受青 睞的原因如下：
1. 顆粒強化物的價格較連續性強化物便宜。
2. 顆粒強化的複合材料可利用傳統的金屬加工程序來成型，如鍛造、擠製。
3. 顆粒強化的複合材料較未強化的母材具均向性。
- 鎂合金複合材料現今在航太、運動器材、汽車及 3C產業上被大量的研究。
- 在 3C(computer, communication, consumer appliance)產業上都往輕、薄、短、小的方向發 展，考量散熱功能、電磁波雜訊干擾、重量、環保廢棄物回收等方面，如表 1-1 所示， 在材料的開發及性質的選擇上，需作相當程度的考量。近年來鎂合金在全球汽車產業上 的研究受到極大的關注，鎂合金所造成的輕量化，對於目前能源的節約、降低污染氣體 的排放量、資源再生利用等環保議題均符合其要求。 複合材料是將金屬、陶瓷、聚合體材料之中的兩種或兩種以上不同性質的材料結合 在一起，使其得到更佳的性質，由於具有較高的強度、彈性係數、剛度及耐磨性等，因 此可以滿足航太或高功能產業上的需求。目前金屬基複合材料以鋁基複材為發展及研究 較為廣泛成熟，而將來鎂合金的大量應用亦是必然之趨勢。
- 但是強化物必須均勻分佈在母材中，才能使該強化理論有效成立。然而，雖然提升了強度，但是對於材料本身的韌性及伸長量多半有降低的趨勢，這乃是因為加入之強化顆粒 多為陶瓷材料，就一般而言是既硬又脆，且常與母相在介面上形成介金屬化合物 (intermetallic compound)。
- 可添加小尺寸的強化顆粒，使晶粒受到顆粒的阻礙，進而加速晶粒成核，阻擋晶粒成長， 而有晶粒細化的效果。使材料在強度提昇之下，亦有合理的韌性及伸長量。
鎂合金與基本性質分類 依據 ASTM 系統，鎂合金的命名原則是：第一部份用二個英文字母表示，代表二主 要合金元素，前後順序是依照含量高低排列，A 表鋁、E 表稀土金屬、H 表釷、K 表鋯、 M 表錳、Q 表銀、S 表矽、T 表錫、Z 表鋅。
在商業應用上，鎂合金的主要用途大致上可分為兩大類，即結構用途及非結構用途 兩種；結構方面的使用乃是考量其機械性質所做的應用，而非結構用途則是利用該材料 在物理或化學上的性質，如電性、磁性等，表現其特有的功能。一般結構性材料及非結 構性材料的應用，大致上有以下幾種： 結構材用途：如鑄造及鍛造之合金件。
- 1. Mg-Al-X 系列： (1) Mg-Al-Zn 系：如 AZ91D。該鎂合金在機械性質方面，以及鑄造性、耐蝕性三樣特 性當中，為所有鎂合金內最具平衡之代表作。 (2) Mg-Al-Mn 系：如 AM60、AM50、AM20 等，其延展性、耐衝擊性均有明顯的提升。 (3) Mg-Al-Si 系：如 AS41、AS21 等。該系列鎂合金，其耐潛變性提高至 423 K，同時 其伏強度也獲得顯著的提高。 2 (4) Mg-Al-RE(稀土類元素)系：如 AE42。在潛變性、延展性、耐蝕性上均有提升。
- 2. Mg-Zn-X 系列： (1) Mg-Zn-Zr 系：如 ZK51A、ZK61A 等。其降伏強度為所有鎂合金中最高，且其奇佳 的鑄造性，能在工業應用上製造出複雜形狀，且一體成型的高性能 零件。 (2) Mg-Zn-RE 系：如 ZE41A、ZE63A、ZE33A 等。該類鎂合金在較高的工作溫度下， 仍能保持強度穩定。
- 3. Mg-Th-X 系列：抗拉強度、降伏強度均比純鎂高，且能夠承受短時間抗潛變，並於 高溫工作時亦能保持其強度。 (1) Mg-Th-Zr 系：如 HK31A、HK32 等。 (2) Mg-Th-Zn 系：如 HZ32A 等。 4. Mg-Ag-X 系列：高溫強度亦佳，同時在鑄造性、銲接性的優異表現，均是應用在特 殊用途之零件中的首選，但是唯一的缺點是其單價高出其他系列鎂 合金許多。 (1) Mg-Ag-RE 系：如 QE22A 等。 (2) Mg-Ag-Zr 系：如 QK21A 等。
由於上述鑄造鎂合金，具有可生產尺寸穩定，且由於部分鎂合金塑性良好，結構複 雜的構件亦可經由超塑性成型式製作，故有高度生產性。但由傳統鑄造方式所得鎂合金，常會有孔洞形成，故常會造成延展性不高、疲勞強度不足等現象 。
解決這樣的問題，鍛造用(塑性成型或機械成型)的鎂合金便孕育而生，這類合金不但改 善了鑄造鎂合金之缺點，也使得鎂合金可以展現其正常良好之銲接性，而這類常見適合 鍛造用鎂合金大致有 AZ 系列合金、ZK 系列合金等。
以上合金都是隨著應用上需求的不同，加入各種不同的元素，使鎂合金產生各種不 同的性質，以滿足商業應用上的需求。針對鎂合金中添加不同元素所造成的效果，以下 3 是一個簡單的整理：
1. 鋁(Al)：固溶強化，如Al含量在 6% 以上時，藉由析出硬化與析出物β相(Mg17Al12) 之分散強化，但雖可以提高強度，但隨鋁含量增加，延展性和衝擊值會減少。 此外，也可以改善材料本身之鑄造性，而該β相的存在亦可改善其耐蝕性。
2. 鋅(Zn)：添加鋅主要可改善鎂合金的增加抗腐蝕性及改善鑄造性，此乃由於Mg32Zn49 的形成所致；然而，但當增加至 2~5% 時，在高溫工作下，材料很容易產生 熱裂 。此外，鋅的加入可以減少鐵、鎳的固溶量，因此亦具有去除雜質的 作用。
3. 錳(Mn)：可在鎂合金中，與鋁形成化合物，同時其中固溶Fe、Ni 及Cr，可改善耐 蝕性。添加Mn對鎂合金在抗拉強度的影響甚微，不過在另一方面卻對降伏 強度有明顯的增加，因為MnAl6化合物的影響，而造成的特殊強化現象。
4. 矽(Si)：易與鎂形成 Mg2Si 化合物，此化合物的外形多為圓角狀，略帶淡藍色，微 細分散在晶粒晶界，可提高耐磨性，亦可改善其鑄造性；然而，卻會降低鎂 合金的可塑性。
5. 錸(Re)：固溶體硬化，隨著析出硬化，與鎂合金成熱安定，且形成硬質的介金屬化 合物，並可提高耐熱性與抗腐蝕性。
6. 銻(Sb)：銻的添加有助於抑制晶粒成長，因而細化微結構，提高拉伸性質及韌性。
7. 銀(Ag)：添加銀可增進鎂合金的機械強度，使其在室溫中有很強的強度；不過值得 注意的是，在高溫(280 °C)工作時此化合物卻會失效。
8. 鈣(Ca)：可提昇合金的耐熱性，亦與鋁形成Al2Ca，對鎂合金硬度有提昇的作用。
- 材料降伏強度，因析出物可阻礙差排移動；典型的金屬基材有鋁、鈦、鎂、銅、鉛、銀 等，其中因鎂、鋁因低熔點及低密度，鈦因強度高而較為常用。
用有如上述析出物一般，乃是用來阻礙差排來提高強度，一般來說可將強化物分為五類：
1. 連續纖維(Continuous fibers)：如硼纖維、石墨纖維等。
2. 不連續纖維(Discontinuous fibers)：如 fiberfrax。
3. 鬚晶(Whiskers)：如 SiC。
4. 顆粒(Particulates)：如SiC、Al2O3、WC、SiO2。
5. 金屬線(Wires)：如鎢線。 早期金屬基複合材料的研究大多以連續性纖維強化之複合材料為研究重點，但是由 於製程繁雜與成本較高，
所以近年來大多數學者投入”顆粒強化金屬基複合材料”其受青 睞的原因如下：
1. 顆粒強化物的價格較連續性強化物便宜。
2. 顆粒強化的複合材料可利用傳統的金屬加工程序來成型，如鍛造、擠製。
3. 顆粒強化的複合材料較未強化的母材具均向性。
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