高性能镁合金发展现状与趋势

高性能镁合金发展现状与趋势

摘要

随着人们对能源和环境的日益关注，镁及镁合金的应用正在受到前所未有的关注。镁是我国少有的几种优势金属资源之一，在过去的15年里，我国的镁工业从弱小到壮大，目前已成为世界上原镁生产的绝对大国，2003年镁产量更是占世界总产量的60%以上。从2000年开始，在师昌绪等院士的直接推动下，我国镁合金的研究和应用也取得了举世瞩目的成绩，逐步从镁生产大国向镁研发和应用强国迈进。过去5年里，我国在高性能镁材料的研究，镁加工装备的开发以及镁合金深加工产品的开发应用方面都取得极大的进展。从镁产业的角度来讲，已经形成了从原材料到深加工一直到应用的完整产业链，从镁研究开发的角度来讲，已经初步形成了从基础研究到应用研究一直到产品开发的完整科研开发体系。镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料，近年来已成为全球学术界的一个研究热点，并越来越受到工业界的重视。目前我国在镁合金的研究和应用上取得了很大进展，已经研制出耐热镁合金、高强高韧镁合金等新材料，在变形镁合金领域也取得了突破，本文重点介绍几种有特色和良好应用前景的高性能镁合金，以及镁合金成形加工技术的最新研究进展。高性能镁合金包括阻燃镁合金、低成本高强度铸造镁合金和高强耐热变形镁合金，成形加工技术包括镁合金涂层转移精密铸造技术、镁合金熔体复合纯净化技术、不含六价铬离子的镁合金超声阳极氧化表面处理技术、大型镁铸件低压成型技术以及镁板差温拉深工艺。镁合金的深入研究有力地推动了镁合金产业的发展。

关键词镁合金发展现状趋势

正文

1、我国镁及镁合金现状

我国目前在镁工业方面拥有三项"世界冠军"。第一是镁资源大国，储量居世界首位。在青海盐湖蕴藏着氯化镁32亿吨，硫酸镁16亿吨。在辽宁、山西、宁夏、内蒙、河南等省区菱镁矿均有很大储量，仅辽宁大石桥一带的储量就占世界菱镁矿的60%以上，矿石品位高达40%。第二是原镁生产大国，2003年我国共生产原镁35.4万吨，约占全球总产量的67%。第三是出口大国，年产量80%以上的镁出口到国际市场。尽管如此，我国的镁工业还存在着不少问题，主要表现在：1)原镁生产技术比较落后，质量不够稳定，镁锭中的夹杂物和有害元素含量大大超标，难以满足压铸、板材轧制和冲压等高端产品的生产需求;2)出口产品绝大多数是廉价的纯镁锭，镁合金出口比重只有15%左右，镁合金制品出口则更是微乎其微，因此出口利润低效益差，而对于军工生产所需求的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口;3)原创性的研究成果缺乏，目前出口的所有镁合金锭几乎全部按照国外的牌号生产，而且在镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。

中国镁合金产品的生产和应用现状是，镁合金的优势已经被许多企业所认识，在汽车、摩托车和3C产业中镁合金已经开始获得应用，用户包括如上汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海尔等，例如，一汽铸造有限公司AM50镁合金方向盘骨架;镁合金压铸迅速增长，台湾、香港和大陆投资的镁压铸厂分布在向几乎全国各地，各种压铸机数量超过50台;变形镁合金加工开始起步。

2、我国镁合金研究现状

国家相关研究和应用计划包括，科技部组织实施的"十五"攻关计划重大专项"镁合金应用开发及产业化"、"十五"863计划相关项目、重点国际合作计划、科技型中小企业创新基金，国家自然科学基金委立项的国家自然科学基金，国防科工委的民口军工配套项目，经贸委的技改项目，国家发改委的高技术示范工程等。

十五科技攻关重大专项"镁合金应用开发及产业化"的目标是，建立镁合金技术创新体系;

加快我国镁资源的应用开发;培育相关高新技术产业群;将我国的镁资源优势转变为经济优势。技术目标是，推动镁材料的应用与产业化;发展水氯镁石脱水技术，开发盐湖镁资源;提高皮江发炼镁的水平，降低污染;获得镁生产关键技术装备生产能力;推动镁在汽车、摩托车和3C产业中的应用;研究中国镁长期发展战略。项目的组织实施、集成了中央和地方、部门在政策、资金、技术和人才等方面的资源。包括21个省市自治区和计划单列市和相关部门参与了项目的实施，并在政策和资金上进行了配套支持;投入国拨经费4000万元，引各方投资6亿元。主要研究内容包括，皮江法炼镁技术提升，水氯镁石脱水产业化技术研究，高性能镁合金产业化技术研究，镁应用关键装备研究及产业化，镁合金在交通工具中的应用关键技术开发，镁合金在3C产品中的应用关键技术开发，镁合金应用示范基地建设，镁发展战略研究。项目总体进展：已初步建立从镁合金前沿高技术研发到产业化技术开发的技术研发体系，突破了一批前沿核心技术和产业化关键技术，培育新组建了十几家有关镁合金产业化基地，吸引了500多名专家、工程技术人员、海外优秀人才参与项目实施，申请相关专利33项(其中发明专利15项)，启动了镁合金标准体系建设工作并已完成一批标准的制定。启动了镁合金发展战略研究。科技部徐冠华部长在2004年全国科技工作会议上的讲话指出，"通过对镁合金关键技术研究及产业化的重大攻关，初步形成了从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链，为我国实现由镁资源大国的向镁资源强国的跨越奠定了基础。"

高技术发展计划(863计划)：开发高性能镁合金材料及应用技术，目标是开发未来5-10年内获得应用的关键技术，参加单位包括大学、研究所与企业，支持经费约1500万元，立项项目7项。包括耐热压铸镁合金及其应用技术、高强高韧镁合金及其应用技术开发、高性能变形镁合金及其应用技术、镁合金先进焊接技术、镁合金冲锻成型技术、镁合金锻造轮毂技术、先进轻武器材料技术等。这些研究取得了很大突破，包括开发了3种在1750C具有良好抗蠕变性能的镁合金、低成本的镁稀土中间合金制备技术、耐热镁合金的压铸技术;开发了用于汽车轮毂的高强高韧铸造镁合金、镁合金轮毂低压铸造生产技术;开发了变形性能优于现有MG-AI-IN系合金的新型镁合金、板材和中空薄壁型材加工技术，镁合金腐蚀防护技术;开发了镁合金焊接新工艺、焊接设备及焊接材料。

3、镁研究与应用发展趋势

镁合金用于动力系统零部件：使用条件1：1000C-2000C，自动变速箱、油底壳等，压铸成型;使用条件2：2000C-3000C，缸体和缸头，砂型铸造和压铸成型。研发机构：通用汽车公司、大众公司、马自达公司、日产公司、三菱公司、Noranda镁业等;美国三大汽车公司联合对新开发的耐热镁合金进行经济和技术评估。大众汽车公司对新开发的耐热镁合金进行工业化中试生产和应用，效果良好。国内采用低成本镁一稀土中间合金开发新型耐热镁合金取得进展。

镁合金用于车身结构：德国Honsel公司计划采取(AZ31、MN50型材料+压铸件)来取代制造Audi镁合金一体化车门，壁厚2-2.5MM.德国大众公司镁合金内钣金件开发,采用AZ31板,宽度大于150cm,成型温度高于2250C,此时镁合金成型性能良好。英国Vagon公司在开发镁合金车门，其合金成分、焊接工艺和喷漆技术均属于保密。戴姆勒·克莱斯勒公司拟将在下一代车型上采用全集成镁合金车身前围结构，由一件镁合金铸件与三个冲压件组装而成，取代先前的15个钢冲压件焊装的前围，重量由22.9kg减至9.5kg变形镁合金及其加工技术正在成为镁合金研究和应用领域的热点。热点研究包括镁合金等通道转角挤压技术。镁合金超塑性研究，重要研究方向是，高应变速率超塑性，研究应变速率在10-2s-1以上的高应变速率超塑性成型技术(HSRSPF)，对于节约能源、提高生产率、扩大应用都有很重要的意义;大晶粒工业态镁合金超塑性，研究晶粒较大的工业态镁合金在一定条件下的超塑性，因其不需要预加工可节约能源，故将有更大的应用前景;镁合金低温超塑性，研究镁合金在较低的温度(0.5Tm以下或更低)下进行超塑性变形的研究。镁合金精密冲锻成型，1999年日本Sony、