镁及镁合金

镁合金的发展现状及应用

摘要

镁及镁合金具有比强度、比刚度高，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，在汽车、电子、电器、交通、航空、航天和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料，并被称之为21世纪的绿色工程材料。本文根据近年来国内外发表和公布的有关镁合金的文章和信息，介绍了镁合金的发展现状和应用。

关键词：镁，镁合金，发展现状，应用

1镁及镁合金的发展简介

镁是地球上排位第八的富有元素，其含量约占地壳重量的2％，镁同时也是海水中的第三富有元素，约占海水重量的0.13％。镁有60多种矿产品，其中白

云石(CaCO3·MgCO3)，菱镁矿(MgCO3)，氨氧镁石(Mg(0H)或MgO·H2O)，光

卤石(MgC12·KCl·H2O)，橄榄石(Mg2Fe2SiO4)和蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O)最具商业开采价值。

1808年英国的Sir Humphry Davy首先发明了用金属钾蒸汽还原氧化镁而制

得金属镁的方法。1863年法国的Deville和Caron发明了用钠还原无水氯化镁及氟

化钙的混合物制镁，由此揭开了工业上大规模制造金属镁的序幕，并随着电解

无水氯化镁制镁工艺的产生而得到了迅速发展。1986年。德国首先将镁合金用

于飞机制造业。美国的第一家镁生产厂由美国通用电器公司于1914年建立，并

在二次世界大战期间由于镁燃烧弹的大量需求而得到迅速发展。1944年世界镁

合金的消耗量达到228,000吨，但战后又降低到每年10,000吨的水平。直到1998年，随着镁的研究和应用水平的提高，其年消耗量才提高到360,000吨，此后以每年7％～9％的速度递增[1]。我国自20世纪90年代初开始出口原金属镁，2001

年出口量达到20万吨，占世界镁市场总需求量的40％以上[2]。

镁合金产品的优势

（1）轻量化：密度1.8g/cm3左右，是铁的1/4，铝的2/3，与塑料相近。

（2）比强度高、刚性佳，优于钢、铝。

（3）极佳的防震性，耐冲击、耐磨性良好。

（4）优良的热传导性，改善电子产品散热问题。

（5）非磁性金属，抗电磁波干扰，电磁屏蔽性佳。

（6）加工成型性能好，产品外观美丽，质感佳，无可燃性（相对于塑料）。

（7）材料可100%回收，回收率高，符合环保法。

（8）尺寸稳定，收缩率小，不易因环境温度变化而改变（相对于塑料）[3]。

2 镁合金发展现状

到目前为止，金属镁最大的用量之一还是作为合金元素加入到铝中以提高

其硬度和抗腐蚀能力。5000和7000系列的铝合金分别含有5.5％和3.5％的镁，单产品镁用量最大的是铝镁合金易拉罐(顶盖约4.5％Mg，罐体约1.1％Mg)。1980年以来，尽管铝镁合金易拉罐的回收利用率达到60％以上，金属镁在铝合金中的消耗量仍以3.2％的速度逐年增加。

金属镁及其合金目前越来越多地通过压力铸造，重力铸造(砂模或金属模)，锻造，轧制和挤压等方法制造结构材料，如汽车上的发动机外壳，变速箱外壳，离合器机架和车灯罩，机动工具(如剪草机)的机架以及家用和通讯电器的外壳等。[4]

镁合金质轻的特点使其在军事，交通和航空航天工业上获得了越来越广泛

的应用。典型的铸造镁合金零件有直升飞机的变速箱，飞机天蓬的框架，飞机

进出气口，发动机箱体，变速闸及其他辅助部件的外壳。[5]

镁合金也可进行挤压，锻造，冲压和轧制加工，其产品包括面包烤架，网

球拍，打印机滚筒，核燃料零件箱以及众多的航空航天零部件。

在钢铁工业中，镁也被用作脱硫剂和制造球墨铸铁。在钢铁的冶炼过程中，镁可以和硫结合形成硫化镁浮在铁水表面而被清除。这些镁通常来自低品质的

废金属，并与石灰结合后加入到熔融金属中去的。镁加入到铸铁中能使石墨球

化而显著提高其韧性，从而大大扩大了铸铁的应用范围。

镁也常用作生产非铁合金如钛，锆，铪，铍和铀的还原剂。地下的管道和

容器，热水器以及在海水中工作的钢铁件，常用镁合金作为阴极保护电极。

金属镁的总用量以每5年大约20％的速度增长，其中金属模压铸的镁产品

不仅数量大且增长速度最快，其用量几乎每5年翻一番。其余各种用途的镁用

量无明显增长。镁压铸产品的迅速增长主要是因为汽车工业上镁合金零件的大

量使用。

20世纪90年代镁合金在汽车上的应用得到迅速发展，用量增加了一倍。很多过去用钢铁或铝合金制造的汽车零件都被镁合金取而代之，其中主要有：刹车和离合器的踏板及支架，仪表盘，汽缸盖，变速箱体，各种排气通风和座椅用零件。

使用镁合金最基本的理由是因为其重量轻，汽车制造商们都希望通过减重来降低其燃油消耗量。而一旦投入使用以后，镁合金其他方面的优越性也同时显现出来了。比如过去由若干块钢铁零件组成的一个部件现在可以用一块镁合金来制造，这样，这些零部件的选材和制造就可以随整车设计的完成而完成。在整车设计过程中包括材料的设计将使我们有更多的机会引入各种新型材料。

美国科学家正在研制开发新型抗蠕变镁合金，与一般镁合金比较，在抗蠕变能力、抗拉强度及屈服极限等方面大约要高出十倍。预测镁合金和铝合金今后可用化学纤维或陶瓷材料进行强化，进一步提高其性能，以扩大材料的应用范围。

日本东北大学科学家井上明久开发成功具有极高强度和延展性的镁合金，可为航空航天、通信和机械等工业提供优质材料。新的镁合金是采用急速凝固法制成的，具有100～200nm的微细结构。按原子量计算，它的成分97%是镁，钇和锌分别占2%和1%。这种新型镁合金强度大约是超级铝合金的3倍，是目前世界上强度最高的镁合金。此外它还具有超塑性、高耐热性和高耐腐蚀性。由于这种合金重量轻、容易循环利用，并且合金成分在世界上有丰富的储量，因此有望成为金属材料中的“新宠”。

美国所创造的粉状镁粒的半固态挤压成型成为一项综合技术应用的先例，为镁合金的加工成型技术和广泛使用提供了新的思路。[3]

我国的原镁产量占全球产量的40％，是世界上第一大镁生产国和出口国。2001年全国原镁产量约20万吨，出口16.5万吨。中国目前共有镁生产企业100余家，其中年生产能力在10000吨以上的有3家，3000吨以上的有22家，1000～3000吨的有50余家。