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镁合金
镁合金是目前国内外重新认识并积极开发的一种新型环保材料，是21世纪最具生命力的新型环保材料，该材料能回收再利用，无污染，并且世界上特别是我国蕴藏 最丰富。占全球三分之一以上约36亿吨。
镁合金特点： 1、重量轻，镁金属是目前世界实际应用中重量最轻的金属结构材料，是铝的2/3，钢铁的1/4。 2、比强度和比钢度高，均优于钢和铝合金。 3、弹性模量小，刚性好，抗震力强，长期使用不易变形。 4、对环境无污染，可回收性能好，符合环保要求。 5、抗电磁干扰及屏蔽性好。 6、色泽鲜艳美观，并能长期保持完好如新。 7、极高的压铸生产率，尺寸收缩小，并且具有优良脱模性能。
压铸镁合金锭化学成份（%） 牌号 Al Zn Mn RE Zr Si≤ Fe≤ Cu≤ Ni≤ 其他元素 总杂质 AZ91D 8.50-9.50 0.45-0.90 0.17-0.40 — — 0.05 0.004 0.015 0.001 — 0.30 AZ91A 8.50-9.50 0.45-0.90 >0.15 — — 0.20 — 0.08 0.01 — 0.30 AZ91B 8.50-9.50 0.45-0.90 >0.15 — — 0.20 — 0.25 0.01 — 0.30 AZ91E 8.50-9.50 0.45-0.90 0.17-0.50 — — 0.20 — 0.015 0.001 0.01 — AM60A 5.70-6.30 — >0.15 — — 0.20 0.004 0.008 0.01 — 0.03 AM60B 5.60-6.40 — 0.26-0.50 — — 0.05 0.004 0.008 0.001 0.01 — AM50A 4.50-5.30 <0.20 0.28-0.50 — — 0.05 0.004 0.008 0.001 0.01 — AM20 1.70-2.50 <0.20 >0.35 — — 0.05 0.004 0.008 0.001 0.01 — AS41A 3.70-4.80 <0.10 0.20-0.48 — — 0.60-1.40 0.004 0.008 0.001 0.01 — AZ63A 5.50-6.50 2.70-3.30 0.15-0.35 — — 0.20 — 0.20 0.01 — 0.30 AZ81A 7.20-8.00 0.50-0.90 0.15-0.35 — — 0.20 — 0.08 0.01 — 0.30 AZ81 7.20-8.50 0.45-0.90 >0.17 — — 0.05 0.004 0.025 0.001 0.01 — AZ92A 8.50-9.50 1.70-2.30 0.13-0.35 — — 0.20 — 0.20 0.01 — 0.30 ZE41A — 3.70-4.80 >0.15 1.00-1.75 0.30-1.00 0.01 — 0.03 0.01 — 0.30 ZE63A — 5.50-6.00 — 2.00-3.00 0.30-1.00 0.01 — 0.03 0.01 — 0.30 ZK61A — 5.70-6.30 — — 0.30-1.00 0.01 — 0.03 0.01 — 0.30

1.镁合金的发展
    镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。 镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90％以上是压铸件。
　　限制镁合金广泛应用的主要问题是：由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，因此，镁合金的生产难度很大；镁合金的生产技术还不 成熟和完善，特别是镁合金成形技术有待进一步发展；镁合金的耐蚀性较差；现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合金在高温 （150～350℃）场合的应用；镁合金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一步提高；镁合金的合金系列相对很少，变形镁合金的研究开发严重滞后， 不能适应不同应用场合的要求。　　
    镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ｚＥ）等合金。
　　我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位。在镁和镁合金的研究和应用领域，我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大'一方面，我国的 原镁质量差，镁合金锭的质量也不尽如人意，出口缺乏竞争力，作为结构材料应用的镁在国内的消耗量又很少，只能作为初级原料低价出口，属典型的资源出口型工 业，目前，国内的镁冶金企业大都处于亏损或面临倒闭；另一方面，我国对镁合金的研究和应用更显薄弱。因此，如何利用我国的镁资源优势，将镁的资源优势转变 为技术、经济优势，促进国民经济发展、增强我国镁衍业的国际竞争力，是摆在我们面前的迫切任务。
　　2.镁合金的新进展
　　（1）耐热镁合金。
　　耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件（如发动机零件）材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。
    己开发的耐热镁合金中所采用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用来提高镁合金耐热性能的重要元素。含稀土的镁合金QE22和WE54 具有与铝合金相当的高温强度，但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大阻碍。
　　Mg-Al-Si（AS）系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。175℃时，AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。但是， AS系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si相，损害了铸造性能和机械性能。研究发现，微量Ca的添加能够改善汉字状Mg2si相的形态， 细化Mg2si颗粒，握高AS系列镁合金的组织和性能。
　　从20世纪80年代以来，国外致力于利用Ｃ·来提高镁合金的高温抗拉强度和蠕变性能。最近美国开发的ZAC8506（Mg-8Zn-5Al- 0.6Ca），以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等镁合金，其抗拉强度和蠕变性能都较好。
    2001年，日本东北大学井上明久等采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高强镁合金Mg-2at% Y-1at% Zn，其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。
　　（2）耐蚀镁合金。
　　镁合金的耐蚀性问题可通过两个方面来解决：①严格限制镁合金中的Fe、Cu、Ｎi等杂质元素的含量。例如，高纯AZ91HP镁合金在盐雾试验中的耐蚀 性大约是AZ91C的100倍，超过了压铸铝合金A380，比低碳钢还好得多。②对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求，可选择化学表面处理、阳极 氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。例如，经化学镀的镁合金，其耐蚀性超过了不锈钢。
　　（3）阻燃镁合金。
　　镁合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烷。实践证明，熔剂保护法和SF6、SO2、CO2、Ar等气体保护法是行之有效的阻燃方法，但它们在应用中会产生严重的环境污染，并使得合金性能降低，设备投资增大。 
    纯镁中加钙能够大大提高镁液的抗氧化燃烧能力，但是由于添加大量钙会严重恶化镁合金的机械性能，使这一方法无法应用于生产实践。铰可以阻止镁合金进一步氧 化，但是铰含量过高时，会引起晶粒粗化和增大热裂倾向。
    最近，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心通过同时加人几种元素，开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁合金，成功地进行了轿车变速 箱壳盖的工业试验，并生产出了手机壳体、ＭＰ3壳体等电子产品外壳。
　　（４）高强高韧镁合金。
　　现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在Ｍg-Ｚn和Ｍg-Ｙ合金中加人Ca、Zr可显著细化晶粒，提高其抗拉强度和屈服强度；加人Ag和 Th能够提高Mg-RE-Zr合金的力学性能，如含Ag的QE22A合金具有高室温拉伸性能和抗蠕变性能，已广泛用作飞机、导弹的优质铸件；通过快速凝固 粉末冶金、高挤压比及等通道角挤（ECAE）等方法，可使镁合金的晶粒处理得很细，从而获得高强度、高塑性甚至超塑性。
　　（5）变形镁合金。
　　虽然目前铸造镁合金产品用量大于变形镁合金，但经变形的镁合金材料可获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足不同场合结构件的使用要求。因此，开发变形合金，是其未来更长远的发展趋势。
　　新型变形镁合金及其成型工艺的开发，已受到国内外材料工作者的高度重视。美国成功研制了各种系列的变形镁合金产品，如通过挤压＋热处理后的ZK60高 强变形镁合金，其强度及断裂韧性可相当于时效状态的Al7075或Al7475合金，而采用快速凝固（RS）＋粉末冶金（PM）＋热挤压工艺开发的Mg- Al-Zn系EA55RS变形镁合金，成为迄今报道的性能最佳的镁合金，其性能不但大大超过常规镁合金，比强度甚至超过7075铝合金，且具有超塑性 （300℃，436％），腐蚀速率与2024-T6铝合金相当，还可同时加人SiCp等增强相，成为先进镁合金材料的典范。日本1999年开发出超高强度 的IM Mg-Y系变形镁合金材料，以及可以冷压加工的镁合金板材。英国开发出Mg-Al-B挤压镁合金，用于Magnox核反应堆燃料罐。以色列最近也研制出用 于航天飞行器上的兼具优良力学性能和耐蚀性能的变形镁合金，法国和俄罗斯开发了鱼雷动力源变形镁合金阳极薄板材料。
　　（6）镁合金成形技术。
　　镁合金成形分为变形和铸造两种方法，当前主要使用铸造成形工艺。压铸是应用最广的镁合金成形方法。近年来发展起来的镁合金压铸新技术有真空压铸和充氧 压铸，前者已成功生产出AM60B镁合金汽车轮毅和方向盘，后者也己开始用于生产汽车上的镁合金零件。
　　镁合金半固态触变铸造（Thixo-Molding）成形新技术，近年来受到美国、日本和加拿大等国家的重视。与传统的压铸相比，触变铸造法无需熔 炼、浇注及气体保护，生产过程更加清洁、安全和节能。目前已研制出镁合金半固态触变铸造用压铸机，到1998年底，全世界已有超过100台机器投人运行， 约有40种标准镁合金半固态产品用于汽车、电子和其他消费品。但相对来说，半固态铸造镁合金材料的选择性小，目前应用的只有AZ91D合金，需要进一步发 展适用于半固态铸造的镁合金系。
　　其他正在发展的镁合金铸造成形新技术有镁合金消失模铸造、挤压铸造－低压铸造结合法、挤压铸造-流变铸造结合法和真空倾转法差压铸造等。

      我国镁工业起步虽然较晚，但发展非常快。20世纪90年代开始，我国镁工业进入快速发展期。我国是镁资源的大国，是全球镁的生产大国和出口大国，但远不是 镁工业强国。在镁冶炼加工行业，要建设和健全经济环保型的镁加工链，应该注意推广节能环保新技术，设计节能型的工艺组合，寻找节能环保型的替代材料；开发 和采用有经济优势的新型冶炼加工技术；促进产、学、研、用优势群体的互联，促进相关企业的组合，提高能源使用的综合效益，摆脱大量生产、大量消费和大量废 弃的经济活动。提升我国镁产业质量、技术、成本的竞争力，创建经济环保型的镁加工链。　　
      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，我国的镁工业逐步壮大，目前已经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。　
 　  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、内蒙古、河南等省、自治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：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；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，而对于军工生产所需要的高性能镁合 金板材和型材还需要从俄罗斯进口；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几乎分 布在全国各地，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；提高皮江法炼镁的水平， 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。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， 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等。这些研究取得了很大突破，包括开发了3种在175℃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－Al－Zn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1：100℃～200℃，自动变速箱、油底壳等，压铸成型；使用条件2： 200℃～300℃，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、No－randa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、 稀土中间合金开发新型耐热镁合金取得进展。　　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（HSR－SPF），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、日 立金属和东京精锻所三家公司共同开发成功镁合金精密冲锻成型技术（Press－Forging）。精密冲锻成型技术是将冲压成型与锻造成型结合所产生的新 技术。同压铸和半固态成型生产工艺相比，精密冲锻成型工艺具有生产效率高和成品率高等优点。镁合金冲锻成型一般采用AZ31B变形镁合金，其生产设备采用 普通机械式锻压机床即可。镁板铸轧技术（短流程）。镁板冲压工艺。阻尼镁合金：镁的阻尼性能优于所有的金属结构材料，在航空航天和军事领域有着广阔应用前 景，如导弹、卫星和武器的电子仪表支架等。泡沫镁合金：日本名古屋工业研究所于1999年5月研发成功泡沫镁合金，具有极好的吸震和耐高温性能，可用于汽 车防撞杆和消声器。　　镁合金材料的研究和应用前景是非常广阔的，相对于其它金属材料（如铝、钢等）的研究发展水平，我国与世界发达国家的差距较小，可以 说几乎处在同一起跑线上，如果集中全国的优势力量针对关键科学问题展开研究，就有可能取得重大突破，达到甚至赶超世界先进水平。我国近年在镁合金技术开发 和应用领域取得了长足进步，作为世界第一"镁"大国要造好镁、用好镁，造福于中国和世界，并在镁的研究领域成为世界领头羊，推动镁合金走可持续发展之路， 同时还要开展好镁合金的重大基础研究。