鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、高鐵、通信等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，成為最具發(fā)展前景的金屬結(jié)構(gòu)材料之一。中國(guó)是鎂資源大國(guó)，擁有大量的鎂礦資源和含鎂鹽湖資源。2003 年以來(lái)，我國(guó)已連續(xù)18 年成為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。

      據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2019 年我國(guó)原鎂產(chǎn)量96.9 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)12.2%。目前，全球原鎂約有45% 用于生產(chǎn)鎂合金，70% 用于汽車行業(yè)，20% 用于3C 電子產(chǎn)品，10% 用于軍工等領(lǐng)域。如圖7-6 所示，2019 年我國(guó)出口原鎂和鎂制品45.16 萬(wàn)噸，出口量占全球總產(chǎn)量的53%。鎂合金深加工產(chǎn)品以壓鑄方式為主，但存在一定局限性，制約了鎂合金應(yīng)用的大規(guī)模擴(kuò)展。變形鎂合金產(chǎn)品需進(jìn)一步從加工技術(shù)到應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。

1、鎂合金在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

近十年來(lái)，我國(guó)汽車保有量穩(wěn)步增加，消耗石油占到整個(gè)石油消費(fèi)總量的59%。我國(guó)汽車輕量化效果較低，汽車平均百公里油耗遠(yuǎn)高于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)環(huán)境帶來(lái)極大壓力。與鋼鐵和鋁相比，使用鎂合金零部件產(chǎn)生的輕量化效果更加顯著。每使用1kg 鎂，可使轎車壽命期減少30kg 尾氣排放。目前，北美汽車生產(chǎn)廠家每輛汽車用鎂量為1.5 ～ 3.5kg，某些車型已超過(guò)20kg。根據(jù)我國(guó)汽車輕量化路線圖，到2020 年、2025 年和2030 年，單車用鎂合金要分別達(dá)到15kg、25kg 和45kg。以2025 年生產(chǎn)3500 萬(wàn)輛、單車消耗25kg 鎂合金測(cè)算，需求量為87.5 萬(wàn)噸。以2030 年單車用量45kg 計(jì)算，則需要172 萬(wàn)噸。2019 年，我國(guó)生產(chǎn)純電汽車130 萬(wàn)輛，小型乘用車2500 萬(wàn)輛，如果僅把每輛車的覆蓋件改為65kg 的鎂合金板材，就需要203 萬(wàn)噸。長(zhǎng)春一汽、上汽大眾、重慶長(zhǎng)安汽車等車企都已開(kāi)始批量使用鎂合金。展望未來(lái)，汽車用鎂合金用量或?qū)⒂瓉?lái)井噴式增長(zhǎng)。

國(guó)外對(duì)鎂合金在汽車上的應(yīng)用十分重視, 很早就出臺(tái)了推動(dòng)鎂合金在汽車上應(yīng)用的中長(zhǎng)期計(jì)劃。為了加速鎂合金在汽車上的應(yīng)用，美國(guó)通用汽車已和重慶大學(xué)、上海交通大學(xué)等單位進(jìn)行了10 年以上的技術(shù)合作。我國(guó)也高度重視鎂合金在汽車上的應(yīng)用。自2000 年起，國(guó)家科技部、發(fā)改委、工信部等部門(mén)分別安排了“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)家和省部級(jí)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，為鎂合金材料的進(jìn)一步應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。開(kāi)發(fā)了50 多款鎂合金汽車零部件，如方向盤(pán)芯骨、電器支架、后窗框、門(mén)內(nèi)框、輔助轉(zhuǎn)動(dòng)支架等，并已實(shí)現(xiàn)累計(jì)裝車超過(guò)5000 萬(wàn)輛，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

因此，在汽車、摩托車等交通工具領(lǐng)域，鎂合金充分展示出質(zhì)輕、減振性能優(yōu)良的特點(diǎn)，已在以發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱為代表的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，以副車架、輪轂、懸架、轉(zhuǎn)向器為代表的行駛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以車身、車門(mén)、前后艙體、儀表板支架、座椅骨架、中控支架為代表的車體及內(nèi)裝系統(tǒng)等形成了規(guī)模化應(yīng)用。根據(jù)我國(guó)最新的汽車輕量化路線圖，未來(lái)鎂合金在汽車上的應(yīng)用量將超過(guò)100kg/ 臺(tái)。

2、鎂合金在軌道交通裝備上的應(yīng)用

我國(guó)軌道交通發(fā)展迅猛，由于能源緊張和對(duì)節(jié)能減排、安全舒適的更高要求，軌道交通裝備輕量化已成為軌道交通發(fā)展的重要課題。很多新建的軌道交通列車裝備開(kāi)始大面積使用鋁合金等輕量化材料，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。鎂合金由于具有更高的比強(qiáng)度和比剛度、更好的減振降噪效果、更優(yōu)異的電磁屏蔽效果，已在部分軌道交通內(nèi)飾件和連接件上得到初步的規(guī)模應(yīng)用。

新建的和即將更新?lián)Q代的軌道交通裝備是鎂合金材料及制品的潛在應(yīng)用對(duì)象，以長(zhǎng)春軌道客車廠和唐山軌道客車廠等為代表的我國(guó)軌道交通列車年產(chǎn)量近幾年均在3000 輛左右，產(chǎn)值將超過(guò)1200 億元人民幣。山西銀光華盛鎂業(yè)等鎂合金加工企業(yè)的鎂制品已在100 余條地鐵、400 余條高鐵線路上得到了應(yīng)用，使得整車車身得以減重，很大程度上提高了列車的動(dòng)力，降低能耗。隨著軌道交通的快速發(fā)展和鎂合金材料制備與加工技術(shù)的進(jìn)步，具有優(yōu)異性能的鎂合金材料及制品必將在軌道交通裝備上獲得更加廣泛的應(yīng)用。

3、鎂合金在電動(dòng)自行車上的應(yīng)用

全國(guó)的電動(dòng)自行車保有量已經(jīng)超過(guò)了2.3 億輛，年產(chǎn)量一直保持在2000 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（重量及最高速度）。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20km/h，整車質(zhì)量（重量）應(yīng)不大于40kg。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，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)。鎂合金減振性好，舒適度高；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，較輕的鎂合金輪轂有利于改善加速與剎車性能。

目前，天津、河北、浙江、山西、山東等已經(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5kg 的鎂合金，一年將會(huì)新增80000噸的鎂合金市場(chǎng)。

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。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)。

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)，2020 年鎂合金在LED 行業(yè)的應(yīng)用量將達(dá)到2 萬(wàn)噸。

5、鎂合金在3C產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用

鎂合金已在筆記本電腦外殼領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，目前惠普、戴爾、聯(lián)想等主流品牌均大量使用，而且應(yīng)用量正在呈上升趨勢(shì)。采用鎂合金擠壓板材進(jìn)行CNC 機(jī)加工3C 產(chǎn)品外殼，可以獲得更好的力學(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擠壓板材，僅2017 年的采購(gòu)量就在1.5 萬(wàn)噸左右。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。

6、鎂合金在航空航天和軍工關(guān)鍵裝備上的應(yīng)用

具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、比剛度高、阻尼減振、電磁屏蔽以及鑄造、切削加工性能優(yōu)異和易回收等優(yōu)點(diǎn)的鎂合金材料在大飛機(jī)、載人航天、探月工程等國(guó)家重大工程和軍事領(lǐng)域的輕量化和減重方面發(fā)揮著越來(lái)越關(guān)鍵的作用，日益受到重視、應(yīng)用面逐漸擴(kuò)大。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)中除了內(nèi)部支架框架以外，蒙皮、地板、艙板等最適合使用寬幅鎂合金薄板。有試驗(yàn)結(jié)果表明，飛機(jī)減重1 磅A 所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，商用機(jī)為300 美元，戰(zhàn)斗機(jī)為3000 美元，航天器為30000 美元，綜合減重效果比鋁合金高出25% ～ 35%。歐洲空客公司早在20世紀(jì)就開(kāi)發(fā)了鎂合金板，比使用鋁合金減重十?dāng)?shù)噸。我國(guó)的西飛、成飛很早就在機(jī)體內(nèi)使用了鎂合金鍛件、鑄件和板材。高性能鎂合金在航空航天和軍工關(guān)鍵裝備等領(lǐng)域應(yīng)用潛力十分巨大。隨著高性能鎂合金的發(fā)展，鎂合金在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)附件機(jī)匣、進(jìn)氣機(jī)匣、反推力葉柵，直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)匣，導(dǎo)彈艙體、導(dǎo)彈彈翼、衛(wèi)星艙體、戰(zhàn)斗機(jī)駕駛艙框架，月球車機(jī)械臂，戰(zhàn)車發(fā)動(dòng)機(jī)部件、輪轂、框架，衛(wèi)星部件，坦克零部件等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將逐步釋放。

7、鎂合金在石油鉆采領(lǐng)域的應(yīng)用

鎂合金由于具有低電極電位而容易腐蝕，通過(guò)在鎂合金中添加Cu 或Ni 元素進(jìn)一步提高其降解速率，同時(shí)獲得高強(qiáng)度和高降解速率，對(duì)多級(jí)分段壓裂技術(shù)的發(fā)展有重要應(yīng)用價(jià)值，在油氣開(kāi)采領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景，預(yù)計(jì)未來(lái)的需求規(guī)模將超過(guò)每年20 億元。

8、鎂合金在儲(chǔ)能材料領(lǐng)域的應(yīng)用

鎂基儲(chǔ)能材料主要包括鎂基儲(chǔ)氫材料和鎂電池。鎂及其合金可與氫形成Mg-H 化合物，例如Mg2Ni、Mg2Cu、Mg(BH4)2 等鎂基儲(chǔ)氫材料，穩(wěn)定儲(chǔ)氫量質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2% ～ 15%，且具有較好的吸放氫動(dòng)力學(xué)，部分體系非常接近燃料電池中質(zhì)子交換膜的工作溫度（約80℃），為未來(lái)規(guī)模化應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。鎂電池的應(yīng)用將是電池工業(yè)的顛覆性革命，市場(chǎng)容量將超萬(wàn)億美元。

9、鎂合金在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

鎂合金在紡織機(jī)械領(lǐng)域的用量穩(wěn)步上升，已累計(jì)裝機(jī)超過(guò)1000 萬(wàn)架，紡織斷線率下降超過(guò)60%，充分發(fā)揮了鎂合金減振性能優(yōu)勢(shì)。例如，鎂合金用于紡織機(jī)械的賈卡底座零部件已實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷法國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

在智能裝備領(lǐng)域，鎂合金因其質(zhì)輕減振優(yōu)勢(shì)，可顯著改善裝備精度和延長(zhǎng)使用壽命，展現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)空間。鎂合金因其化學(xué)性質(zhì)相對(duì)活潑，將被進(jìn)一步廣泛應(yīng)用于犧牲陽(yáng)極、電池陽(yáng)極等。