來(lái)源：自然雜志，2023年 第45卷 第2期

作者：譚軍，王芳磊，蔣斌，潘復(fù)生

摘要：鎂合金密度僅為鋁合金的2/3，鋼鐵的1/4，因此鎂合金零部件的大規(guī)模應(yīng)用有助于輕量化和節(jié)能減排。在碳達(dá)峰、碳中和背景下，鎂材料的發(fā)展應(yīng)用潛力巨大。文章分析了國(guó)內(nèi)外鎂合金的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及其加工技術(shù)，重點(diǎn)綜述了鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料在汽車、軌道交通、自行車、3C(計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)電子產(chǎn)品)、航空航天、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用情況，梳理了目前鎂產(chǎn)業(yè)存在的主要問(wèn)題，最后對(duì)鎂合金結(jié)構(gòu)材料的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：鎂合金;鎂基復(fù)合材料;結(jié)構(gòu)材料;汽車;3C;

  資源和能源短缺是制約全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題。目前，許多金屬礦產(chǎn)資源已經(jīng)枯竭，如鐵、鋁、鋰等。金屬鎂是地球上儲(chǔ)量最豐富的元素之一，在地球地殼中的含量位列第七位，在常用金屬中排名第四。如圖1所示，金屬鎂行業(yè) 產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)主要是自然界中含鎂原料的 生產(chǎn)及提純;中游環(huán)節(jié)是將原鎂進(jìn)行加工處理以待實(shí)際應(yīng)用，例如鎂合金、冶金添加原料(鋁合金、稀土合金、煉鋼脫硫、金屬冶煉還原劑等)、鎂肥、鎂砂等;下游主要為應(yīng)用環(huán)節(jié)，以鎂合金為例，主要應(yīng)用領(lǐng)域有汽車、3C(computer,communication and consumer electronics)行業(yè)、航 空航天、軍工、醫(yī)療器械等。

  我國(guó)具有豐富的鎂礦資源，占世界鎂礦資源 的70%以上，其中目前已探明的可開(kāi)采白云石鎂礦超過(guò)200億t，菱鎂礦超過(guò)30億t，鹽湖氯化鎂儲(chǔ)量40億t，可以開(kāi)采千年以上。此外，海水中也含有豐富的鎂資源。對(duì)鎂資源的開(kāi)發(fā)與利用是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑[6-7]。我國(guó)鎂及鎂 合金的產(chǎn)量已連續(xù)10多年位居世界第一(圖2)，其中2021年中國(guó)的原鎂供應(yīng)量占世界總供應(yīng)量近 90%。國(guó)內(nèi)已形成以南京云海、陜西榆林和山西 運(yùn)城等為代表的原鎂產(chǎn)業(yè)集群，以及以重慶博奧鎂鋁、山西聞喜銀光鎂業(yè)集團(tuán)、浙江萬(wàn)豐、上海鎂鎂、嘉瑞集團(tuán)、天津東義、北京廣靈等為代表的鎂合金深加工產(chǎn)業(yè)集群。

  鎂自身也具備許多優(yōu)良的性能，室溫下純鎂的密度僅為1.74 g/cm3，具有高比強(qiáng)度、高比 模量、高阻尼、電磁屏蔽以及優(yōu)異的鑄造、切削加工性能和易回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、軌道交通、 3C電子、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”[6,8-11]。黨的二十大報(bào)告強(qiáng)調(diào)，我國(guó)需要積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和，加快推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)等調(diào)整優(yōu)化。在碳達(dá)峰、碳中和背景下，鎂材料的發(fā)展應(yīng)用潛力巨大。

  圖1 金屬鎂行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

  圖2 全球和中國(guó)原鎂產(chǎn)量：(a)1998年至今全球和中國(guó)的原鎂供應(yīng)量;(b)2021年主要國(guó)家供應(yīng)量占比圖

  作為結(jié)構(gòu)材料在汽車行業(yè)使用是鎂合金的 主要消費(fèi)方向，同時(shí)，隨著3C行業(yè)的迅速發(fā) 展，用戶對(duì)輕薄兼具良好散熱性、阻尼減振和電磁屏蔽等性能的追求讓鎂合金在3C行業(yè)的需求 迅速增長(zhǎng)。

  本文將側(cè)重于鎂合金在結(jié)構(gòu)材料方向的應(yīng)用進(jìn)展，對(duì)鎂合金在汽車、3C、航空航天等領(lǐng) 域的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，同時(shí)梳理了目前鎂產(chǎn)業(yè)存在的主要問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展方向。

  1 國(guó)內(nèi)外鎂合金的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

  1.1 我國(guó)高度重視鎂合金結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)和應(yīng)用

  自2000年起，我國(guó)政府、科技界和企業(yè)界開(kāi)始高度重視鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2011年以師昌緒為代表的五位院士發(fā)表了《加速我國(guó)金屬鎂工業(yè)發(fā)展的建議》[12]。國(guó)家科技部、工信部、發(fā)改委等在鎂合金應(yīng)用開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)行了總體戰(zhàn)略部署，初步建立了從鎂合金技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)研發(fā)體系，掌握了一批前沿核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，在全國(guó)建成了一批產(chǎn)業(yè)化示范基地。全國(guó)很多省市，特別是中西部地區(qū)，積極爭(zhēng)取國(guó)家支持，以占領(lǐng)金屬鎂工業(yè)高地，并形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)及支柱產(chǎn)業(yè)。2003年以來(lái)，我國(guó)一直是世界上最大的原鎂生產(chǎn)國(guó)與出口國(guó)。大力推進(jìn)鎂合金工業(yè)化應(yīng)用，不僅是結(jié)構(gòu)材料輕量化、保護(hù)環(huán)境的重要舉措，也是充分利用我國(guó)豐富的資源、緩解對(duì)鐵鋁礦資源進(jìn)口依賴的重要舉措，特別是在復(fù)雜多變的國(guó)際形勢(shì)下具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

  我國(guó)政府高度重視鎂及鎂合金的研發(fā)與應(yīng)用，極大地推動(dòng)了世界鎂合金材料及其應(yīng)用的發(fā)展。自2000年起，國(guó)家科技部、發(fā)改委、工信部等部門分別啟動(dòng)了“交通工具用鎂合金零部件生產(chǎn)及應(yīng)用共性關(guān)鍵技術(shù)研究開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”“高性能鎂合金的研制和應(yīng)用”等一批國(guó)家級(jí)科技項(xiàng)目和國(guó)際合作項(xiàng)目，在新型高強(qiáng)度鎂合金材料、鎂合金壓鑄技術(shù)、鎂合金軋制和擠壓加工技術(shù)、鎂合金連接技術(shù)等方面取得了重要進(jìn)展，為鎂合金材料在汽車上的進(jìn)一步應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一些非結(jié)構(gòu)和非耐熱的殼體類零部件，如方向盤骨架、電器支架、后窗框、門內(nèi)框、輔助轉(zhuǎn)動(dòng)支架等，已開(kāi)始使用壓鑄類鎂合金，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

  “十三五”期間，國(guó)家科技部在重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中啟動(dòng)了“輕質(zhì)高強(qiáng)鎂合金集成計(jì)算與制 備”“大規(guī)格高性能鎂合金變形加工材制造關(guān)鍵技術(shù)”“高性能鎂/鋁合金高品質(zhì)鑄件制備技術(shù)”等項(xiàng)目，重點(diǎn)關(guān)注鎂合金高通量計(jì)算-高通量實(shí)驗(yàn)-組織性能預(yù)測(cè)-工業(yè)應(yīng)用的全鏈條材料研發(fā)新模式、大規(guī)格變形鎂合金、大型鎂合金壓鑄構(gòu)件等。

  “十四五”期間，國(guó)家科技部在重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中啟動(dòng)了“新型結(jié)構(gòu)功能一體化鎂合金變形加工材制造關(guān)鍵技術(shù)”“高性能鎂合金大型鑄/鍛成形與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”“青海鹽湖新型鎂基材料及前端制造技術(shù)”“高強(qiáng)輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料精密注射成形技術(shù)”“超高剛度鎂基復(fù)合材料的集成計(jì)算設(shè)計(jì)與制備”“高性能金屬增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料及制備加工技術(shù)”等攻關(guān)項(xiàng)目，重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)功能一體化變形鎂合金、大型鑄/鍛成形鎂合金、輕合金精密注射成形、青海鹽湖新型鎂基材料、鎂基復(fù)合材料等。

  1.2 國(guó)外非常重視鎂合金及應(yīng)用研發(fā)

  美國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起源于20世紀(jì)80年代的汽車工業(yè)。福特、通用和克萊斯勒等著名汽車公司多年來(lái)一直致力于新型鎂合金汽車零部件的研發(fā)和應(yīng)用。隨著鎂合金應(yīng)用中巨大優(yōu)勢(shì)的顯現(xiàn)，美國(guó)政府開(kāi)始對(duì)此高度關(guān)注和重視。1996年，美國(guó)能源部與三大汽車集團(tuán)簽署了名為“PNGV”(新一代交通工具)的合作計(jì)劃，該計(jì)劃旨在大力促進(jìn)鎂合金的研發(fā)和應(yīng)用。同時(shí)，鎂合金在汽車行業(yè)的帶動(dòng)下，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，也逐漸應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。2004年，美國(guó)和加拿大的機(jī)構(gòu)和公司共同設(shè)立了汽車用鎂合金中長(zhǎng)期研究計(jì)劃。2006年，中國(guó)、美國(guó)和加拿大聯(lián)合啟動(dòng)了汽車前端輕量化鎂合金聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目，三國(guó)共有20多家大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和汽車公司參與。同年，北美汽車研究聯(lián)盟(USCAR)發(fā)布了《2020年北美汽車用鎂合金及輕量化戰(zhàn)略展望》研究報(bào)告，該計(jì)劃由美國(guó)能源部支持。USCAR的61個(gè)成員單位包括克萊斯勒、福特、通用等汽車公司，以及加拿大資源部、北美材料和零部件供應(yīng)商、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)。

  加拿大的鎂資源豐富，鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為成熟。早在1941年，哈雷鎂廠(現(xiàn)名蒂明科公司)就已建成，是世界上歷史最長(zhǎng)、規(guī)模最大的皮江法鎂廠之一。加拿大擁有技術(shù)世界領(lǐng)先的貝坎庫(kù)爾鎂廠，以及鎂生產(chǎn)與加工領(lǐng)域最大的瑪瑞丁公司，其產(chǎn)品應(yīng)用到許多發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車制造中。政府還成立了鎂研究中心，致力于優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝和材質(zhì)，開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良性能的鎂合金汽車零部件。加拿大的鎂合金開(kāi)發(fā)應(yīng)用得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，如2012年，Magna公司率先采用薄板熱成型技術(shù)開(kāi)發(fā)出了汽車車門內(nèi)板。2020年，加拿大聯(lián)合鎂業(yè)公司開(kāi)始建設(shè)高附加值的鎂錠生產(chǎn)廠。2023年，聯(lián)合鎂業(yè)和Triple M金屬公司宣布建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，支持聯(lián)合鎂業(yè)的金屬鎂回收，同時(shí)也擴(kuò)大Triple M金屬公司對(duì)客戶的產(chǎn)品供應(yīng)和服務(wù)。

  德國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)也非常重視鎂合金的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。寶馬、奧迪、沃爾沃等汽車巨頭正著手解決鋼-鎂合金混合車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，同時(shí)發(fā)展了等溫精密成形、等溫?cái)D-鍛復(fù)合成形等鎂合金零部件成形新技術(shù)，并將數(shù)值模擬仿真技術(shù)和 數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)手段用于成形工藝和模具加工，以確保零部件成形尺寸精度和產(chǎn)品合格率。

  日本在20世紀(jì)80年代末開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的鎂合金低壓金屬型鑄造裝置，為鎂合金的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了保證，并由此開(kāi)發(fā)了一系列的鎂合金產(chǎn)品。隨后日本還開(kāi)發(fā)出多種噸位的壓鑄機(jī)，為大型鎂合金零部件提供了生產(chǎn)手段。由教育、科學(xué)、運(yùn)

動(dòng)和文化廳聯(lián)合資助日本國(guó)內(nèi)知名高校組織了9個(gè)鎂合金研究組，瞄準(zhǔn)汽車和軌道交通等應(yīng)用領(lǐng)域，并由熊本大學(xué)牽頭組織了日本最大的高性能阻燃鎂合金基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。結(jié)合耐燃鎂合金、加工與連接技術(shù)、防腐技術(shù)以及大型結(jié)構(gòu)制造技術(shù)，日本完成了全鎂車身模型設(shè)計(jì)與制作。

  韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵開(kāi)發(fā)了鎂冶煉技術(shù)，并建成大規(guī)模的生產(chǎn)工廠。然而，內(nèi)部和外部因素導(dǎo)致浦項(xiàng)制鐵鎂錠停產(chǎn)，目前鎂錠主要從中國(guó)進(jìn)口。1998年鎂部件開(kāi)始應(yīng)用于三星筆記本電腦外殼、MP3和CD/DVD播放機(jī)。自2000年以來(lái)，韓國(guó)汽車工業(yè)大大增加了鎂部件的應(yīng)用。2002年韓國(guó)成功開(kāi)發(fā)鎂薄板材料，并于2007年建成一座3000t產(chǎn)能的鎂板廠，開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)。韓國(guó)還開(kāi)發(fā)了許多其他鎂制品，并得到廣泛的應(yīng)用，其中包括高速韓國(guó)列車(KTX)的座椅框架和厚板、大型工業(yè)機(jī)器人手臂框架、自行車框架和LED散熱器。雖然韓國(guó)的鎂工業(yè)在不斷發(fā)展，但由于電子工業(yè)的變化，最近有些停滯不前。據(jù)預(yù)測(cè)，由于積極研究開(kāi)發(fā)新的合金，應(yīng)用先進(jìn)的加工技術(shù)和鎂產(chǎn)品，韓國(guó)鎂市場(chǎng)在未來(lái)將繼續(xù)增長(zhǎng)。從世界鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程可以看出，鎂合金以其巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，正在廣闊的領(lǐng)域中不斷得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。世界發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大多以豐富的鎂資源和先進(jìn)的加工裝備為依托，以先進(jìn)的科技為支撐，以政府、企業(yè)、科研部門的大力配合為保障。

  從世界鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程可以看出，鎂合金以其巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，正在廣闊的領(lǐng)域中不斷得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。世界發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大多以豐富的鎂資源和先進(jìn)的加工裝備 為依托，以先進(jìn)的科技為支撐，以政府、企業(yè)、科研部門的大力配合為保障。

  2、鎂合金加工技術(shù)

  鎂合金加工技術(shù)主要包括壓鑄、擠壓、鍛 造、冷軋、熱軋、粉末冶金、3D打印、表面處 理等工藝。這些加工技術(shù)可以滿足不同形狀和性能要求的零部件制造和產(chǎn)品生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于汽 車、電子、機(jī)械、航空、醫(yī)療等領(lǐng)域。在加工過(guò)程中，需要考慮材料的特性，如熔點(diǎn)低、易氧化、易燃等，同時(shí)還需要注意防止鎂合金加工過(guò) 程中產(chǎn)生的火災(zāi)和爆炸等安全問(wèn)題[13]。下面介紹幾種主要的鎂合金加工技術(shù)。

  2.1 壓鑄成形技術(shù)

  鎂合金壓鑄是一種將液態(tài)鎂合金注入模具 中，通過(guò)高壓力使其冷卻凝固成型的成形技術(shù)[13]。 具體來(lái)說(shuō)，該技術(shù)包括以下步驟：準(zhǔn)備模具：根據(jù)零件的形狀和尺寸設(shè)計(jì)制 作合適的壓鑄模具。 加熱熔融：將鎂合金加熱熔融至液體狀態(tài)。壓鑄成形：將熔融的鎂合金噴射入預(yù)熱好的模腔中，通過(guò)高壓力使其充滿整個(gè)模腔，并迅 速冷卻凝固成型。 脫模清理：待成型的零件在模具中冷卻一 定時(shí)間后，取出并清理去除表面上的余料、毛刺等不良物。

      熱處理：對(duì)于需要增加強(qiáng)度、硬度等性能 的零件，可通過(guò)熱處理工藝進(jìn)行處理。 

      檢驗(yàn)、修整：對(duì)成型的零件進(jìn)行檢驗(yàn)，如有缺陷可進(jìn)行修整或返工。

鎂合金壓鑄具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品密度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車、電 子、航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。壓鑄是制造鎂合金制品的重要工藝之一，也是目前應(yīng)用最廣 泛的一種加工技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球鎂合金生產(chǎn)中 90%以上采用壓鑄工藝。因此可以說(shuō)，壓鑄鎂合金占據(jù)了鎂合金制品總量的相當(dāng)大比例。

  2.2 擠壓成形技術(shù)

  鎂合金擠壓成形技術(shù)是指通過(guò)在高溫下將鎂 合金棒料塑性變形，將其擠壓成所需形狀和尺寸的毛坯，然后經(jīng)后續(xù)加工制造成零件或產(chǎn)品的技術(shù)。鎂合金擠壓成形技術(shù)通常包括以下步驟：

  前處理：包括切割、鋸切、修剪等操作以準(zhǔn)備金屬坯料進(jìn)行擠壓成形。

  加熱：將金屬坯料放入加熱爐中進(jìn)行預(yù)熱 和均熱，使金屬坯料達(dá)到適合擠壓的溫度。

  模具準(zhǔn)備：將擠壓模具進(jìn)行清潔、涂抹隔 離劑、安裝等準(zhǔn)備工作，確保模具在擠壓過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)卡死、損壞等問(wèn)題。

  擠壓：將預(yù)熱的金屬坯料置于擠壓機(jī)上，并施加壓力擠壓金屬坯料，使其通過(guò)模具形成所需的截面形狀。

  后處理：包括切割、去毛刺、去掉擠出 頭、清洗等操作，以得到最終的零件或產(chǎn)品。

  該技術(shù)通常采用半固態(tài)擠壓或熱擠壓工 藝，具有成形能力強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于制造航空航天、汽車、電子設(shè)備等領(lǐng)域的高強(qiáng)度、輕量化零部件和產(chǎn)品。

  2.3 鍛造成形技術(shù)

  鎂合金鍛造是一種利用壓力將金屬材料變 形成形的加工方法，可以生產(chǎn)出各種形狀的金屬零件。其步驟包括：

  加熱：將鎂合金加熱到一定的溫度，通常 是在400~500 ℃的溫度范圍內(nèi)，以提高材料的塑 性和變形能力。

  鍛造：將預(yù)熱好的鎂合金鋼坯放入鍛壓機(jī) 中，在加熱條件下進(jìn)行錘打、壓制、擠壓等操作，使鋼坯變形成所需的形狀。

  熱處理：對(duì)鍛造好的鎂合金零件進(jìn)行熱處 理，包括固溶處理和時(shí)效處理，以提高材料的力學(xué)性能。

  機(jī)加工：對(duì)熱處理后的鎂合金零件進(jìn)行機(jī) 加工，包括銑削、車削、鉆孔、磨削等操作，以得到最終的產(chǎn)品形態(tài)和尺寸。

  鎂合金鍛件具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐熱性 和輕量化等特點(diǎn)。需要注意的是，因?yàn)榇蠖鄶?shù)鎂合金的塑性較差，容易發(fā)生表面裂紋等問(wèn)題，所以在鍛造過(guò)程中需要控制加熱溫度、鍛造速度和鍛造工藝等因素，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

  2.4 軋制成形技術(shù)

  鎂合金軋制是一種將鎂合金板材通過(guò)連續(xù)軋制變形成形的加工工藝，根據(jù)板坯的溫度分為熱軋和冷軋。該技術(shù)通常包括以下步驟：

  板材準(zhǔn)備：將熔煉的鎂合金澆鑄成板坯，然后經(jīng)過(guò)加熱、氧化皮去除、平整等步驟，使板坯達(dá)到適宜的加工狀態(tài)。

  軋制：熱軋一般需要將板坯加熱到一定溫度，然后通過(guò)軋機(jī)的輥壓制，使板材進(jìn)行塑性變形并延長(zhǎng)。該步驟通常需要多次軋制，以獲得所需的厚度和形狀。將軋制的板材進(jìn)行進(jìn)一步的變

形和壓制，以獲得更高的表面質(zhì)量和更加精確的 尺寸。

  后處理：包括退火、表面處理、切割等步 驟，以改善材料的性能和適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

  鎂合金軋制成形技術(shù)具有高效、節(jié)能、環(huán) 保等優(yōu)點(diǎn)，適用于生產(chǎn)各種用途的板材、帶材、薄壁管等材料[20-21]。

  2.5 粉末冶金技術(shù)

  鎂合金粉末冶金技術(shù)是一種將金屬粉末壓 制成形，然后通過(guò)燒結(jié)等方法燒結(jié)成零件的技術(shù)方法，用于制備高性能、復(fù)雜形狀的鎂合金零件。具體步驟包括：

  原料準(zhǔn)備：選擇合適的鎂合金粉末，根據(jù) 需要添加合適的添加劑和粉末潤(rùn)滑劑。混合：將不同的粉末按一定比例混合均勻。

  壓制：將混合后的粉末放入壓制模具中， 施加高壓力將其壓制成所需形狀。

  脫模：將壓制好的零件從模具中取出。

  烘干：將脫模后的零件在烘箱中烘干，去 除水分。

  燒結(jié)：將烘干后的零件在高溫爐中進(jìn)行燒 結(jié)，使其粒子間結(jié)合得更緊密，形成致密的零件。

  粉末冶金技術(shù)可以制備出形狀復(fù)雜、密度 均勻、性能優(yōu)異的零件，還可以節(jié)約成本、減少?gòu)U料等，在航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域都有廣 泛應(yīng)用。

  2.6 3D打印技術(shù)

  鎂合金3D打印技術(shù)是一種新興的加工技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件將三維模型轉(zhuǎn)化 為可打印的文件，使用激光或電子束等技術(shù)，將粉末狀的鎂合金材料層層熔融成型，制成各種復(fù)雜形狀的零部件。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括可以實(shí)現(xiàn)自 由曲面的打印、減少原材料浪費(fèi)、可以制造出更復(fù)雜的幾何形狀，以及可以快速生產(chǎn)小批量和定 制化的產(chǎn)品，例如航空航天領(lǐng)域中的發(fā)動(dòng)機(jī)零件、醫(yī)療設(shè)備中的骨骼支架以及汽車行業(yè)中的車身結(jié)構(gòu)件等。

  2.7 表面處理技術(shù)

  鎂合金表面處理技術(shù)旨在改善鎂合金的表 面質(zhì)量、提高其表面性能、增加使用壽命和裝飾效果。一般情況下，鎂合金的表面處理分為機(jī)械處理和化學(xué)處理兩大類。其中，機(jī)械處理主要包 括拋光、噴砂等方法，可以消除表面缺陷，增強(qiáng)材料的表面光潔度?；瘜W(xué)處理包括陽(yáng)極氧化、化學(xué)鍍、電鍍、噴涂等方法，可以改善鎂合金表面 的耐磨、耐腐蝕等性能，同時(shí)還可以增加其表面裝飾效果。另外，還有一些新型表面處理技術(shù)， 如激光處理、等離子體噴涂等，也能夠有效地提高鎂合金的表面質(zhì)量和性能。

  3 鎂合金結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用

  3.1 車用鎂合金零部件的開(kāi)發(fā)與規(guī)模應(yīng)用

  車用鎂合金零部件的開(kāi)發(fā)和規(guī)模應(yīng)用近年 來(lái)發(fā)展迅速。鎂合金在汽車行業(yè)的應(yīng)用主要集中在輕量化、提高燃油效率、提高安全性能等方面。鎂合金具有高強(qiáng)度和低密度的優(yōu)秀特性， 因此可以在汽車零部件上應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)輕量化。汽車輕量化是降低能耗、減少排放的最有效措施之 一[31]。

  中國(guó)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》提出，與2015年相比，2020年汽車質(zhì)量減少10%，2025年減少20%，2035年減少35%。汽車每減少100 kg，可節(jié)省燃油0.3~0.5 L/(100 km)，可 減少CO2排放8~11 g/(100 km）。目前，在汽車車身結(jié)構(gòu)材料中，使用最多的仍然是鋼材和鋁材。鎂合金的比強(qiáng)度明顯高于鋁合金，比剛度與 鋁合金和鋼相當(dāng)，單位質(zhì)量下能夠承受更高的負(fù)荷，因此用鎂合金替換鋼和鋁作為汽車的部分零 件，能夠?qū)崿F(xiàn)減重的效果[34]。例如，用鎂合金代 替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋁合金或鋼材制造汽車輪轂、車架等部件，可以使整車質(zhì)量減輕，降低燃油消耗。

  其次，鎂合金具有良好的導(dǎo)熱性能，可以 有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱損失，提高燃油效率。例如，鎂合金可以用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)油盤、氣門蓋、排氣管等部件。

  此外，鎂合金具有良好的抗沖擊性和抗彎 曲性，因此在汽車安全部件上的應(yīng)用可以增強(qiáng)汽車的碰撞吸收性能。例如，使用鎂合金制造車門框、車輪懸掛等部件，可以提高汽車在碰撞時(shí)的 安全性能。鎂合金也可以用于制造汽車的防護(hù)部件，如車身防護(hù)罩、撞擊板等，以保護(hù)車輛內(nèi)部和乘客免受碰撞造成的損害。

  近20年來(lái)，各國(guó)政府對(duì)鎂合金的發(fā)展和應(yīng)用的高度重視，大大推動(dòng)了鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別 是鎂產(chǎn)品在汽車上的應(yīng)用[17,36]。歐洲研制的鎂合金汽車零部件已超過(guò)60種。北美開(kāi)發(fā)和研制的鎂 合金汽車零部件已超過(guò)100種。我國(guó)已開(kāi)發(fā)出100 多款鎂合金汽車零部件，包括高品質(zhì)鎂合金方向盤骨架、儀表盤支架、座椅骨架、中控支架、顯 示屏支架、空調(diào)支架、變速箱殼體、轉(zhuǎn)向支架、油底殼、扶手支架、防撞梁、發(fā)動(dòng)機(jī)支架等。重慶博奧鎂鋁金屬制造有限公司、浙江萬(wàn)豐新材料 科技有限公司、上海鎂鎂等多個(gè)鎂合金汽車零部件廠家建立了完整的技術(shù)體系，成為寶馬、保時(shí)捷、沃爾沃、通用、福特等世界知名汽車廠商的 合格供應(yīng)商，供應(yīng)了全球90%以上的鎂合金汽車 零部件。

  目前，幾乎全部乘用車使用鎂合金零部 件，其中絕大多數(shù)為壓鑄件。隨著新型鎂合金開(kāi)發(fā)及零部件制造技術(shù)的進(jìn)一步提高，鎂合金在汽車上的應(yīng)用潛力將進(jìn)一步發(fā)揮。特別是由于新能 源汽車的迅猛發(fā)展，對(duì)輕量化提出越來(lái)越高的要求，鎂合金在其中扮演著愈加重要的作用，從而迎來(lái)難得的發(fā)展機(jī)遇。例如，奧迪、特斯拉等品 牌的部分高端汽車逐漸開(kāi)始應(yīng)用鎂合金擠壓管型材、鍛造輪轂，重慶長(zhǎng)安汽車等國(guó)內(nèi)自主品牌汽 車開(kāi)始研發(fā)鎂合金板材沖壓座椅。

  從20世紀(jì)90年代起，鎂合金在汽車領(lǐng)域中 應(yīng)用量的年增長(zhǎng)率達(dá)20%，2019年全球汽車鎂合 金零件產(chǎn)量約30萬(wàn)t。由于鎂及鎂合金的穩(wěn)定規(guī)?；a(chǎn)和青海鹽湖鎂業(yè)的逐步投產(chǎn)，原材料價(jià) 格將呈穩(wěn)中有降的趨勢(shì)，將進(jìn)一步加速鎂合金在 汽車上的大量使用。

  隨著新能源汽車高速發(fā)展，續(xù)航、產(chǎn)量、 成本問(wèn)題日益突出，而特斯拉引領(lǐng)的一體壓鑄技術(shù)同時(shí)滿足輕量化、提效、降本需求。一體壓鑄的本質(zhì)是在零部件尺寸和應(yīng)用部位上實(shí)現(xiàn)重大突 破的高壓鑄造技術(shù)。目前車企紛紛跟進(jìn)布局，應(yīng)用部位不斷拓展，一體壓鑄滲透率和單車價(jià)值齊升。目前除特斯拉完全自制、小鵬部分自制外， 蔚來(lái)、理想、高合等車企均選擇與壓鑄廠合作，因此頭部壓鑄廠在設(shè)備、材料、模具、量產(chǎn)進(jìn)度 和客戶定點(diǎn)方面均具備明顯優(yōu)勢(shì)。

  鎂合金在汽車行業(yè)的應(yīng)用逐漸普及，但因 生產(chǎn)成本較高，目前仍有一定障礙。隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高和市場(chǎng)需求的增加，生產(chǎn)成本也會(huì)不斷降低，預(yù)計(jì)鎂合金在汽車行業(yè)的應(yīng)用規(guī)模將進(jìn)一 步擴(kuò)大，應(yīng)用前景非常廣闊。

  總的來(lái)說(shuō)，鎂合金的應(yīng)用將有助于汽車行 業(yè)實(shí)現(xiàn)輕量化、降低燃油消耗和提高安全性能，是一個(gè)值得關(guān)注的發(fā)展方向。

  3.2 鎂合金在軌道交通上的應(yīng)用

  隨著高性能鎂合金材料和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展 和進(jìn)步，鎂合金已開(kāi)始在高鐵、動(dòng)車、地鐵等軌道交通車體上批量應(yīng)用[38-39]。鎂合金在軌道交通車輛上的應(yīng)用形式主要包括鑄件和擠壓型材。

  法國(guó)和日本等軌道交通先行發(fā)展國(guó)家非常重 視鎂合金在軌道交通列車上的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。日本以軌道交通應(yīng)用為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)了燃點(diǎn)在1 200 ℃的高性能阻燃鎂合金，試制了輕質(zhì)鎂合金高鐵車 體結(jié)構(gòu)體，由擠壓型材和軋制鎂合金構(gòu)成，比鋁制結(jié)構(gòu)減重約30%。法國(guó)在TGV Duplex雙層高速列車座椅上應(yīng)用鎂合金鑄件，包括小桌面板、扶手、腳踏板、側(cè)面面板。相比鋁合金， 每個(gè)雙人座椅質(zhì)量由36 kg減至30 kg。韓國(guó)的KTX特快列車座椅基座使用鎂合金板材零件， 相較鋁合金-玻璃鋼結(jié)構(gòu)，每個(gè)座椅減重5 kg。

  我國(guó)在十幾年前就已開(kāi)始探索和嘗試鎂合 金在軌道交通車輛上的研發(fā)與應(yīng)用。目前，軌道交通用鎂合金鑄件大多采用AZ91鑄造鎂合金以及AZ31和ZK60變形鎂合金。我國(guó)已研制出了車 體內(nèi)飾件、過(guò)渡車鉤、行李架、座椅骨架、車體型材等，并從研發(fā)各環(huán)節(jié)進(jìn)行大量嘗試，積累了豐富的工程化經(jīng)驗(yàn)。鎂合金座椅支架、扶手等已 在和諧號(hào)動(dòng)車組批量應(yīng)用和運(yùn)營(yíng)10年;鎂合金行李架、車下線槽、設(shè)備艙橫梁等次承載件已用于復(fù)興號(hào)動(dòng)車組，應(yīng)用后的輕量化效果非常明顯， 與原有鋁合金構(gòu)件相比減重約30%。目前，我國(guó)已初步建立了鎂合金設(shè)計(jì)-工藝-檢查-運(yùn)維等技 術(shù)體系，為鎂合金在軌道交通車體的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

  重慶大學(xué)國(guó)家鎂中心開(kāi)發(fā)了以ZM61[41-46]和 AT系列[47-50]為代表的低無(wú)稀土高強(qiáng)度鎂合金、VW系列[51-56]為代表的超高強(qiáng)度鎂合金等高塑性、高成形性的變形鎂合金材料，為高性能鎂合金在軌道交通車輛上的進(jìn)一步應(yīng)用打下基礎(chǔ)。十幾年來(lái)，重慶大學(xué)通過(guò)與企業(yè)合作，開(kāi)發(fā)了 200~500 mm寬度的鎂合金大型中空型材和高性能支撐梁等新型鎂合金軌道及交通構(gòu)件，為鎂合金材料與構(gòu)件在軌道交通車體主結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用進(jìn) 行重要探索，并為后續(xù)應(yīng)用提供重要支撐。

  3.3 鎂合金在電動(dòng)自行車上的應(yīng)用

  鎂合金在電動(dòng)自行車中的應(yīng)用非常廣泛， 主要有以下幾方面：①車架：鎂合金具有輕質(zhì)、 高強(qiáng)度、耐腐蝕等優(yōu)良特性，因此在電動(dòng)自行車的車架上應(yīng)用非常廣泛，可以使車身更加輕便， 同時(shí)增強(qiáng)了車架的穩(wěn)定性。②電機(jī)座：電動(dòng)自行 車的電機(jī)是關(guān)鍵部件，電機(jī)座是電機(jī)的重要配件，鎂合金的良好導(dǎo)熱性能可以使電機(jī)散熱更 快，降低故障率[35]。③車輪：車輪是電動(dòng)自行車的重要部件，鎂合金的高強(qiáng)度和輕質(zhì)特性可以保證車輪的穩(wěn)定性，減少行駛過(guò)程中的抖動(dòng)，提高 騎行的舒適性。④車把：車把是騎行者控制車輛的重要部件，鎂合金的高強(qiáng)度和輕質(zhì)特性可以保證車把的穩(wěn)定性，增加控制靈活性。⑤其他部件：鎂合金還可以用于電動(dòng)自行車的其他部件，如車架托架、前叉、后懸架等，可以保證車輛整體的穩(wěn)定性和耐久性。

  2022年我國(guó)電動(dòng)自行車保有量已接近3億 輛，年產(chǎn)量一直保持在2 000萬(wàn)輛以上。但是， 80%以上的電動(dòng)自行車目前都屬于超標(biāo)產(chǎn)品(質(zhì)量及最高速度)。按照現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)自 行車最高車速應(yīng)不大于20 km/h，整車質(zhì)量應(yīng)不大于40 kg。對(duì)增加了電池的電動(dòng)自行車來(lái)說(shuō)，輕量化是一個(gè)很重要的選擇，而且在整車減重上 有明顯效果后，將會(huì)使一次充電后行駛距離進(jìn)一步延長(zhǎng)。鎂合金不僅減振性好，舒適度高，而且散熱性好，可降低剎車系統(tǒng)溫度，延長(zhǎng)剎車輪轂 使用壽命，較輕的鎂合金輪轂還有利于改善加速 與剎車性能[57-58]。

  目前，廣東、天津、河北、浙江、山西、山東等省市已經(jīng)有很多企業(yè)生產(chǎn)鎂合金自行車和電動(dòng)自行車部件。除了車架、支梯、泥板、支棍等鎂合金車體部件外，鎂合金輪轂的應(yīng)用更是加大了單車鎂合金的用量。如果有50%的電動(dòng)自行車每輛使用5 kg的鎂合金，預(yù)估一年將 會(huì)新增80000 t的鎂合金市場(chǎng)。

  3.4 鎂合金在LED照明燈具上的應(yīng)用

  LED被公認(rèn)為當(dāng)前最具發(fā)展前景的第四代綠色光源。鎂合金是一種高性能的金屬合金，因其 輕質(zhì)、高強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性和電導(dǎo)性等特點(diǎn)，在LED照明燈具中得到廣泛應(yīng)用。

  首先，鎂合金的輕質(zhì)特性可以減少燈具的 整體質(zhì)量，使得燈具安裝更方便，也減小了運(yùn)輸成本;其次，鎂合金的高強(qiáng)度特性可以保證燈具在使用過(guò)程中的穩(wěn)定性，并且鎂合金具有較好 的耐腐蝕性，能夠抵抗一定的腐蝕和磨損;最 后，鎂合金的良好導(dǎo)熱性可以有效地散熱，保證LED燈具在使用過(guò)程中不會(huì)因?yàn)樯岵蛔愣斐?過(guò)熱現(xiàn)象，從而延長(zhǎng)燈具的使用壽命。此外，鎂合金的電導(dǎo)性也可以使電流的流通更加順暢，保證LED燈具的正常工作。LED燈具發(fā)熱量很大， 如果不進(jìn)行有效的散熱處理，會(huì)對(duì)LED的壽命造成影響。室溫下純鎂的熱導(dǎo)率為158 W/(m·K)， Mg-Zn系和Mg-Mn系變形鎂合金的熱導(dǎo)率可達(dá) 110～140 W/(m·K)，其總體散熱性能優(yōu)于鋁合金。鎂合金具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和輕質(zhì)的特點(diǎn)，因此可以用作LED照明燈具的散熱器。盡管鎂合 金的熱導(dǎo)率比鋁差，但鎂合金零部件的散熱效果卻高于鋁合金，這為鎂合金在散熱要求較高的 LED行業(yè)推廣應(yīng)用提供了非常好的機(jī)會(huì)[59-62]。

  鎂合金應(yīng)用于LED照明領(lǐng)域的部件主要是路燈殼體及燈架、燈管型材、筒燈殼體、球泡燈 殼體、隧道燈殼體以及LED散熱模組等。包括鎂合金壓鑄件和型材，表面處理采用氟碳噴涂、噴塑和陽(yáng)極氧化。據(jù)初步估計(jì)，每年鎂合金在LED 行業(yè)的應(yīng)用量將達(dá)到數(shù)萬(wàn)噸?？傊?，鎂合金在LED照明燈具中的應(yīng)用可以有效提高燈具的整體 性能，延長(zhǎng)燈具的使用壽命，為用戶提供更加安 全、可靠和高效的照明方案。

  3.5 鎂合金在3C產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用

  鎂合金是一種輕量化合金，在3C產(chǎn)品領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。具體而言，鎂合金常被用于以 下幾種產(chǎn)品：①筆記本電腦：鎂合金用于制造筆記本電腦的外殼和底座，因?yàn)樗哂休p質(zhì)、耐用和美觀的特點(diǎn)。目前惠普、戴爾、聯(lián)想等主流品 牌均大量使用鎂合金，而且應(yīng)用量正在呈上升趨勢(shì)。②智能手機(jī)：鎂合金也常用于制造智能手機(jī)的外殼，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和耐久性。③平板電 腦：鎂合金也用于制造平板電腦的機(jī)身，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和耐久性。采用鎂合金壓鑄或擠壓板材通過(guò)CNC機(jī)加工3C產(chǎn)品外殼，可以獲得優(yōu)異的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量，因此，微軟公司平板電腦外殼幾乎都采用鎂合金，每年的使用量超 過(guò)1萬(wàn)t。④飛行器：鎂合金的輕量化特性使其成為飛行器的理想材料，常用于制造飛行器的機(jī)身 和其他結(jié)構(gòu)件。⑤應(yīng)用鎂合金的3C產(chǎn)品還包括投 影儀、數(shù)碼相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、視聽(tīng)設(shè)備等。

  3.6 鎂合金在航空航天工業(yè)上的應(yīng)用

  鎂合金在航空航天工業(yè)上的應(yīng)用非常廣泛。由于其具有輕質(zhì)、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等特點(diǎn)，鎂合金是航空航天工業(yè)中非常重要的材料。在航空航天領(lǐng)域，鎂合金通常用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航空器結(jié)構(gòu)件、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃 料箱等。鎂合金具有較高的強(qiáng)度和較低的密度，因此可以顯著減輕航空器的質(zhì)量，提高飛行性能和安全性。

  鎂由于其低密度、高比強(qiáng)度的特性很早就 在航空工業(yè)上得到應(yīng)用。商用飛機(jī)減重相同質(zhì)量帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是汽車的近100倍。戰(zhàn)斗機(jī)的輕

量化效益又是商用飛機(jī)的10倍。更重要的是，輕量化帶來(lái)的機(jī)動(dòng)性能改善可極大提高戰(zhàn)斗機(jī)的戰(zhàn) 斗力和生存能力。

  二戰(zhàn)時(shí)主戰(zhàn)飛機(jī)已開(kāi)始使用鎂合金，單架 飛機(jī)的最高應(yīng)用量超過(guò)4 t。隨著高強(qiáng)度鎂合金 的發(fā)展和制備加工技術(shù)的進(jìn)步，鎂合金已被廣泛應(yīng)用在軍用飛機(jī)上以減輕零件質(zhì)量，提高飛行性 能。例如，美國(guó)在B-2、B-36、B-52等轟炸機(jī)，C-121、C-124、C-130、C-133等運(yùn)輸機(jī)，HC[1]18、CH-53E等直升機(jī)，PW100、TPE331等渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等重要關(guān)鍵裝備上大量使用高性能鎂合 金，應(yīng)用部件包括多種框架結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩、渦輪風(fēng)扇、齒輪箱體等。

  我國(guó)也逐漸開(kāi)發(fā)出多種軍用飛機(jī)用鎂合金零 部件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)減速機(jī)匣、齒輪減速機(jī)匣、齒輪傳動(dòng)箱機(jī)匣、軍機(jī)彈射座椅、座艙蓋骨架、發(fā)動(dòng)機(jī)葉柵、起動(dòng)機(jī)殼體、發(fā)電機(jī)殼體、加油吊艙等。

  長(zhǎng)期以來(lái)，由于鎂合金的阻燃性能等問(wèn) 題，民用客機(jī)基本上未應(yīng)用鎂合金材料。經(jīng)過(guò)過(guò)去幾年的努力，WE43等新型鎂合金通過(guò)美國(guó)波音公司的燃燒測(cè)試，并已通過(guò)美國(guó)工程師協(xié)會(huì)認(rèn) 證，初步通過(guò)美國(guó)FAA認(rèn)證。目前，國(guó)內(nèi)外已針 對(duì)飛機(jī)需求研發(fā)出多種新型高性能鎂合金材料。

  波音公司聯(lián)合重慶大學(xué)、上海交通大學(xué)等 多家國(guó)內(nèi)高校，開(kāi)發(fā)了新型鎂合金材料用于航空座椅。重慶大學(xué)開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)韌鎂合金材料，用于航空集裝器結(jié)構(gòu)件的制備加工。重慶大學(xué) 與中航成發(fā)公司合作開(kāi)發(fā)了超薄鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī) 葉柵。因此，鎂合金已在航空航天工業(yè)上展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

  總的來(lái)說(shuō)，鎂合金在航空航天工業(yè)中的應(yīng) 用將有助于提高航空器的性能、安全性和可靠性，是航空航天工業(yè)中不可或缺的材料。

  3.7 鎂合金在國(guó)防軍工方面的應(yīng)用

  鎂合金是一種高強(qiáng)輕質(zhì)的合金材料，因具 有優(yōu)良的力學(xué)性能、阻尼性能、電磁屏蔽性能和導(dǎo)熱性能而在國(guó)防軍工領(lǐng)域被廣泛使用。

  鎂合金早在20世紀(jì)初就被運(yùn)用于軍事工業(yè)領(lǐng)域。在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，鎂合金迎來(lái)了其第 一個(gè)飛速發(fā)展期。鎂合金能減輕武器裝備質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)武器裝備輕量化，是提高武器裝備各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù) 性能的理想結(jié)構(gòu)材料。過(guò)去，鎂合金在軍事上的應(yīng)用主要是在航空領(lǐng)域，但近年來(lái)，鎂合金及鎂基復(fù)合材料已逐步在武器和彈藥上得到成功應(yīng) 用，并且發(fā)展十分迅速[7]。  目前的兵器零件中，如槍械武器、裝甲車 輛、導(dǎo)彈、火炮、彈藥、光電儀器、武器用計(jì)算機(jī)及軍用器材，有較大數(shù)量的鋁合金零件和工程塑性件，但隨著鎂合金性能的提升，用鎂合金替 代一些中低強(qiáng)度的鋁合金零件的可行性逐漸升高。軍用計(jì)算機(jī)、通信器材箱體、殼體、板類等零件對(duì)輕、薄、便攜的追求讓鎂合金在3C行業(yè)的優(yōu)勢(shì)得到了體現(xiàn)，鎂合金在3C領(lǐng)域的發(fā)展與現(xiàn)代軍隊(duì)“信息化”“電子化”的發(fā)展趨勢(shì)相得益彰。

  總之，鎂合金是一種重要的國(guó)防軍工材料，在保障國(guó)家軍事安全方面發(fā)揮著重要作用。

  4 存在的主要問(wèn)題

  盡管近年來(lái)鎂合金在結(jié)構(gòu)材料方面已經(jīng)取 得了顯著進(jìn)步，但與鋼鐵材料和鋁合金相比還有一定的差距，存在的主要問(wèn)題包括以下幾個(gè) 方面。

  (1)鎂合金的生產(chǎn)成本較高

  相比鋼鐵和鋁合金來(lái)說(shuō)，單位質(zhì)量的鎂 合金顯得更加昂貴，這是因?yàn)殒V合金的生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程還需要精密的控制和防護(hù)，以確保鎂合金具有良好的使用性能和安全 性。另外，高性能鎂合金通常需要使用較為昂 貴的原材料，比如添加大量的重稀土元素Gd、 Y、Nd等

  (2)鎂合金的強(qiáng)度、剛度和塑韌性不足相對(duì)于其他金屬材料而言，鎂合金確實(shí)有 一些性能方面的局限性。鎂合金的強(qiáng)度相對(duì)較低，特別是在高溫下，它的強(qiáng)度會(huì)受到較大的影 響。同時(shí)，鎂合金的剛度也相對(duì)較低，這意味著在較大的載荷下它可能會(huì)變形。此外，鎂合金的塑韌性也不夠好。在高應(yīng)變率的條件下，它的塑 性可能很快失效，導(dǎo)致破壞。

  (3)缺乏國(guó)家創(chuàng)新平臺(tái)的頂層設(shè)計(jì)

  鎂是我國(guó)唯一具有國(guó)際話語(yǔ)權(quán)的金屬材料 品種。目前，我國(guó)鎂行業(yè)規(guī)劃缺乏國(guó)家戰(zhàn)略支撐，沒(méi)有從國(guó)家資源能源戰(zhàn)略高度和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)角度來(lái)審視鎂的重要地位。對(duì)于金屬鎂的研發(fā)和產(chǎn) 業(yè)化推進(jìn)，來(lái)自國(guó)家層面的有效協(xié)調(diào)和科學(xué)組織明顯不足。高等院校和科研院所與企業(yè)創(chuàng)新存在脫節(jié)，鎂合金相關(guān)的國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心和國(guó)家制 造業(yè)創(chuàng)新中心等平臺(tái)的有效協(xié)同沒(méi)有建立起來(lái)。

  (4)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)矛盾依然突出

  由于鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域受限，環(huán)保壓力與市 場(chǎng)需求的矛盾加劇，很多原鎂企業(yè)不愿在深加工領(lǐng)域進(jìn)行投入，價(jià)格波動(dòng)較大(圖3)。盡管國(guó)內(nèi)用鎂量和鎂合金消費(fèi)量呈上升趨勢(shì)，但用于結(jié)構(gòu)件特別是大型結(jié)構(gòu)件的鎂合金比重仍然較低，原 鎂產(chǎn)能過(guò)剩與部分品種及高端深加工產(chǎn)品短缺依然并存。國(guó)內(nèi)鎂行業(yè)缺乏大型國(guó)企，盡管寶武 集團(tuán)已入股南京云海，開(kāi)始強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入鎂及鎂合金產(chǎn)業(yè)，但鎂產(chǎn)業(yè)總體上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)業(yè)集中度低，企業(yè)總體實(shí)力偏弱。

  圖3 中國(guó)鎂錠價(jià)格波動(dòng)較大：(a)2015—2022年中國(guó)鎂錠與鋁錠年度平均價(jià)格;(b)2021年和2022年鎂錠月度平均價(jià)格

  (5)技術(shù)創(chuàng)新能力總體不足

  原鎂生產(chǎn)新技術(shù)發(fā)展緩慢，鎂合金材料牌 號(hào)和種類少，鎂合金加工技術(shù)、新型加工工藝與裝備發(fā)展滯后。國(guó)家和企業(yè)對(duì)鎂行業(yè)的總體研發(fā)投入還有待加強(qiáng)。鎂企業(yè)在基礎(chǔ)共性關(guān)鍵技術(shù)、 精深加工技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)上投入不足，沒(méi)有形成系統(tǒng)的、完備的研發(fā)能力和體系，導(dǎo)致鎂產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量穩(wěn)定性差和成本高等問(wèn)題，導(dǎo) 致企業(yè)無(wú)法有效對(duì)接新的市場(chǎng)機(jī)遇，也無(wú)法開(kāi)拓 新的發(fā)展空間。

  5 總結(jié)與展望

  近年來(lái)研究人員對(duì)低成本鑄造鎂合金、高 性能鑄造鎂合金、高強(qiáng)變形鎂合金、高成型性變形鎂合金、超輕高強(qiáng)變形鎂合金、大規(guī)格鎂合金坯料制備技術(shù)、鎂基復(fù)合材料、鎂合金腐蝕與防 護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫(kù)與設(shè)計(jì)平臺(tái)等方面展開(kāi)了大量研究，鎂合金工程化技術(shù)與裝備研究也取得了一些成績(jī)。目前國(guó)內(nèi)鎂深加工應(yīng)用處于上升期，鎂 合金在汽車、3C領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷突破，用量逐年增加。同時(shí)，鎂憑借其減重、高比強(qiáng)度和比剛度等優(yōu)勢(shì)在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，但 高端鎂合金材料的應(yīng)用研究嚴(yán)重不足。我國(guó)是鎂合金生產(chǎn)大國(guó)，具有資源優(yōu)勢(shì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè) 優(yōu)勢(shì)，因此大力發(fā)展鎂合金，對(duì)我國(guó)的綠色發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略意義。未來(lái)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：

  (1)鎂合金材料發(fā)展戰(zhàn)略研究：主要開(kāi)展行業(yè)動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)、標(biāo)準(zhǔn)與專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)、生命周期和循環(huán)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)預(yù)測(cè)與預(yù)見(jiàn)等戰(zhàn)略性研 究。

  (2)鎂合金材料基礎(chǔ)與前沿研究：主要開(kāi)展綠色制備技術(shù)、智能制備技術(shù)、鎂合金材料的基 礎(chǔ)理論、鎂產(chǎn)業(yè)替代材料及應(yīng)用、結(jié)構(gòu)功能一體化材料等的研究，重點(diǎn)開(kāi)展鎂合金高性能結(jié)構(gòu)材 料和功能材料的基礎(chǔ)研究，突出前沿性、顛覆性技術(shù)源頭的科學(xué)創(chuàng)新，特別是在輕合金結(jié)構(gòu)-功能一體化材料、新一代高性能鎂合金結(jié)構(gòu)材料等 方面強(qiáng)化基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

  (3)鎂合金工程化技術(shù)與裝備研究：主要開(kāi)展低成本高品質(zhì)鎂冶煉技術(shù)與裝備、高品質(zhì)鎂熔 體質(zhì)量控制技術(shù)與裝備、大型復(fù)雜鎂合金鑄件生

產(chǎn)技術(shù)與裝備、鎂合金板材加工技術(shù)及裝備、鎂 合金型材加工技術(shù)及裝備、鎂合金先進(jìn)鍛造成型技術(shù)與裝備、鎂合金先進(jìn)表面防護(hù)與連接技術(shù)及 裝備等的研究。

  (4)高端鎂合金材料應(yīng)用研究：主要開(kāi)展航空航天、航海艦船、軌道交通、國(guó)防軍工及其他 極端條件領(lǐng)域的高端鎂合金材料研究。

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