探討鎂合金

文◎編輯部

鎂合金優點多　成為新歡

鎂合金的比重為1.7，是鋁合金比重2.7的2/3，鋼鐵比重 7.9的21%，其輕量化的優點是十分明顯的。此外，鎂合金材料亦具有強度 /重量比佳、剛性佳、耐衝擊、耐磨、可回收（鎂可回收成為二次金 屬）、可吸收電磁波以及吸振性佳的特性，因而大受3C產業青睞。然而鎂合金屬於非常 活性的高危險性金屬，易腐蝕且易與氧反應，在製造過程若 未經有效控制，未先預熱，則易有燃燒爆炸的危險。

雖然目前的工業技術已能提煉大量的鎂合金，但成本非常高，使得鎂金屬的價格約 為鋁的兩倍以上，這是鎂金屬成為主要的結構用材料的最大 障礙之一，此外鎂的熔解、鑄造技術亦較鋁合金特殊，其耐 蝕性亦比鋁差，所以在相關技術上的突破與克服，還有賴各 界共同合作。

國內鎂合金產業已被政府列為重點發展事業，去年8月26日更由經濟部工業局主 導，工研院材料所出面邀集相關業者與組織，正式成立「鎂 合金成型產業促進會」共同為台灣的鎂合金開發打拼努力。

國產鎂合金自行車即將亮相

國內自行車業由美利達與自行車輸出公會以及自行車研發中心共同推動的鎂合金開 發計畫，結合上下游及產、官、學、研各界，在一年多的積極耕耘，即將於 4月份的台北展中展現成果與業界分享。這項由自行車研發中心主導的 「鎂合金自行車開發計畫」，主旨在於結合國內中科院、工 研院、金屬工業研發中心以及業者的資源、專業、技術與參 與，一同打造台灣自行車業的鎂合金奇蹟。

自行車研發中心廖本彰總經理表示，「研發中心有一個重要的使命，就是要讓鎂合 金計畫只許成功，不許失敗。鎂合金自行車對國內產業是前 瞻性的發展，風險大，但即使只有40%的成功機率，研發中心還要做，因為這是先機， 是轉機。」

根據自行車研發中心指出，鎂合金材料選用發展方向為─鑄造：AZ91D；擠製、焊 接：AZ80A；鍛造：ZK60A；焊接替代製程：膠合。

鎂合金的生產設備

金屬中心組長黃士宗指出，生產設備分為：熱室法鎂合金壓鑄機、冷室鎂合金壓鑄 機及鎂合金半凝固鑄模機，國內業者採用熱室法居多。

這三種成型方法的比較，熱室法生產性良好，熔鑄壓力較低，約200-350kg/cm ²，可鑄面積小、氣體灌入少，以鵝頸管式自動給湯，耐蝕性良 好，使用模具較小，熱效率普通，設備價格1500萬元至2500萬元；冷室法生產性良 好，可鑄面積大，熔鑄壓力較高，為400-700kg/cm² ，採料管給料，氣體灌入多，導入自動式給湯機，耐蝕性良好，模 具大型，價格主機約900萬元，附設給湯爐700萬元，熱效率良好；半凝固鑄模機，生 產性普通，可鑄面積小，熔鑄壓力最高，為800-1000kg/cm ²，氣體灌入少，自動送料器給湯，模具大型，價格最高，每 部2500萬元至3000萬元，熱效率良好。

鎂合金的壓鑄技術

鎂的熔點很低，極適合以壓鑄法製造各種成品，因此，一般對於鎂合金的成型技 術，也多以壓鑄法為主。所謂壓鑄法是指將融熔金屬以一活 塞將之壓入模穴中，待金屬凝固以後，取出已成型的鑄胚並 切除流道等不必要的部份，毛胚尚須經整緣、修補、表面處 理、上漆等一連串的程序，才能成為成品交貨。

雖說壓鑄是屬於十分成熟的製程，但由於鎂的物性極為活潑，在高溫及粉塵狀態下 極易與氧反應產生燃燒，甚至爆炸等災害，所以製程中的相 關安全考慮事項極多。

由於鎂的活性高，因此作業中當坩堝溫度高達300°C以上時，需開啟保護氣氛。目 前所用的保護氣氛以SF₆加入其他如空氣、N ₂或CO₂等，依一定比例混合後，經過氣體 混合裝置均勻混合，通入密閉的坩堝中。所通入的氣氛需保 持乾燥，最好在加入前經過乾燥機去除水氣。鎂錠加入熔爐 前需至少以150°C預熱至完全除去水份，若有氧化物附著其上需先行除去。鎂錠預 熱的方式最好以獨立的加熱爐施行，目前以具備自動鑄錠加料 功能的預熱爐較方便。

鎂合金的表面處理

鎂合金表面處理有三種方式：一、化成處理（Chemical Conversion Coating）以增進塗裝之附著性；二、陽極處理（Anodizing ）以提高防蝕、耐磨能力；三、電鍍處理（Electroplate）以增進外觀裝 飾性、提高防蝕能力。

1. 前處理：鎂及其合金製品（AZ91D）經由壓鑄或鍛造等程序，其表面易混入離型劑、 氧化物、潤滑劑、油脂等污染物，因此前處理之目的為使鎂 合金表面清潔以利後續化成、電鍍、陽極處理之進行。

2. 化成處理：化成處理的作用除可提高耐蝕能力外，其化成皮膜亦可作為塗裝的打底， 以增加塗裝的附著力。

3. 陽極處理：陽極處理可大幅提高耐蝕能力，且具備美觀的裝飾作用，陽極皮膜亦可作 為塗裝的打底以增進塗裝的附著力，唯需注意陽極皮膜層因 具高電阻值，所以有EMI要求的產品需注意皮膜厚度。

4. 電鍍處理：鎂合金電鍍處理，可引用電鍍工藝，達到所需的功能性及裝飾目的，亦可 考慮改用無電解鎳取代鋅置換以提高電鍍層的附著力。

鎂合金的製程安全性

壓鑄製程本身屬高溫環境下的作業，因此以往便是屬於較具危險性的作業製程；諸 如高溫金屬濺出灼傷，模具燙傷及其他運送、傳遞、加工等 過程造成的人員工作傷害。鎂金屬是具高危險性的金屬，易 與氧反應，在高溫熔湯狀態下與氧接觸容易燃燒，同時遇水 會產生氫氣，使燃燒加劇，甚至爆炸。因此業者在從事鎂合 金壓鑄及其他相關的製程作業時，相關的熔解、壓鑄、後處 理（研磨、去毛邊）、加工等製程乃至於原料、成品、不良 品，廢料的儲存與運送等階段，皆必需遵行安全注意事項。

透過業界廠商的全力配合與公會、研發中心不遺餘力的輔導協助，相信鎂合金自行 車的出現以及其在輕量化的提昇與材質創新上的契機，對台 灣自行車產業的發展將是一大不可抹滅的開創與貢獻。

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