全球镁和镁合金最新研发进展

随着经济、社会的发展，当前资源和环境已成为人类可持续发展的首要问题。作为“21世纪绿色工程材料”的镁合金，因具有密度小、比强度高、弹性模量大、散热好，减震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好等特点，受到了世界各国的重视，是国际公认有潜力的轻量化材料之一，节能减排效果极其显著。

美国、德国、日本、澳大利亚等已将镁及镁合金上升为国家战略，我国也将其列入国家中长期科技发展规划和《中国制造2025》。我国镁资源丰富，可利用的镁储量占世界总储量的70%，我国的镁产量和出口量已连续十年居世界第一。

这几年来，全球市场在镁合金新材料发展和加工技术创新方面有了重要突破，开发了一批强度大于500MPa，塑性高于30%的高性能镁合金。镁合金产品的市场认同度不断增加，新的应用领域不断形成。尽管如此，镁合金的大规模应用依然面临着强塑性难以平衡和制备加工难带来的挑战。目前，镁合金主要是作为压铸件，广泛应用于汽车配件、3C产品、军工、航空航天等领域，其中在新能源汽车上的应用更多。

在《Journal of Magnesium and Alloys》2020年第8卷第1期上，重庆大学潘复生院士团队与加拿大陈道伦院士发表了题为“Latest research advances on magnesium and magnesium alloys worldwide”的论文。他们指出，近两年来，全球范围内在高性能的铸锻镁和镁合金、镁基复合材料、先进铸造技术、先进加工技术，镁基功能材料（如镁离子电池、储氢镁材料、生物基镁合金）等方面取得了显著进展。为新型镁合金及其加工技术的发展做出突出贡献的有重庆大学、上海交通大学、中国科学院、亥姆霍兹研究所（Helmholtz Zentrum Geesthacht）、昆士兰大学、布鲁内尔大学等。

论文总结了世界范围内2018～2019这两年铸造镁合金、锻造镁合金和镁合金功能材料的重大进展，包括新材料的开发和加工技术的创新。在指出现阶段镁合金研究存在的问题和挑战的基础上，对未来研究的方向给出了建议，包括进一步开发具有高强度和高塑性、高耐蚀性、低成本的高性能镁合金，进行相图、扩散、析出等方面的基础研究，以及开发先进焊接和连接技术。

重要进展梗概如下：

近年来开发了一大批新型变形镁合金，其中，中国、英国和日本开发的一批合金已在2018年成为国际标准牌号。

在强度和塑性方面，随着析出强化、细晶强化等研究工作的进一步深化，镁合金强度在2018～2019年进一步提升，屈服强度得到了明显改善。部分合金的抗拉强度超过560MPa，有些合金的屈服强度达到540MPa以上。“镁合金固溶强化增塑”合金设计理论的提出为高塑性镁合金的发展建立了重要的理论基础，已成为解决镁合金强度和塑性平衡优化的一条新途径。配合晶粒细化、长程有序相等控制，高塑性镁合金的发展在2018～2019年有了重要的突破。

在2018～2019年，镁合金的制备与加工技术有了进一步优化。其中，非对称加工技术的理论和工艺有了新的突破。熔体自纯化技术、磁场辅助铸造技术、低温挤压技术、在线扭转挤压技术、复合挤压技术等一批新技术展现了重要的应用前景。

镁基复合材料有望为提高镁合金强度、改善镁合金弹性模量提供一个新途径。在2018～2019，公开的结果已显示SiC增强AZ91复合材料的强度达到441MPa，杨氏模量达到60GPa。镁合金功能材料的发展潜力巨大，将成为镁及镁合金突破和应用热点。其中，储氢材料、电池材料、生物材料等进展迅速，和传统同类型材料竞争的性能优势已开始体现，有望成为新材料领域的重要增长点。

不足之处及努力的方向在于：

和传统材料相比，镁合金的综合性能还需进一步提高。例如，超高强铸造镁合金的抗拉强度强度须提高到400MPa以上，而塑性须保持在7%～10%以上；高弹性模量镁合金的弹性模量须和铝合金接近；高耐蚀镁合金的耐蚀性须满足大多数场合的应用要求等。

镁及镁合金的基础研究需要进一步加强。准确的镁合金相图严重不足，镁合金中各种扩散系数、导热系数、活度系数等基础数据等严重缺乏，析出相的晶体结构、析出行为等第二相的研究还不够充分，镁合金连接技术的研究还非常有限等。

来源： 铸造工程