作者：陳先華（重慶大學(xué)國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心）
全球鎂礦資源豐富，在很多金屬趨于枯竭的今天，加速鎂材料相關(guān)的研發(fā)與應(yīng)用具有十分重要的戰(zhàn)略意義。金屬鎂在19世紀(jì)初被發(fā)現(xiàn)，之后在美、中、德、日、英、澳等國家的研究推動(dòng)下，鎂及鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。
1808年，英國化學(xué)家SirHumphrey Davy用熔融電解法首先制得了金屬鎂。1828年，法國科學(xué)家比西（A．A．Bussy）用還原法從熔融的無水氯化鎂得到純鎂。1886年，以Bunsen的電解槽為基礎(chǔ)，德國建立了首個(gè)商業(yè)性電解鎂廠，鎂合金在德國開始工業(yè)化生產(chǎn)。1910年世界鎂產(chǎn)量約10噸／年。1930年德國首次在汽車上運(yùn)用鎂合金73.8Kg，1935年，蘇聯(lián)首次將鎂合金用于飛機(jī)生產(chǎn)，德國大眾用壓鑄鎂合金生產(chǎn)“甲殼蟲”汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件，英國伯明翰首次將鎂合金運(yùn)用到摩托車變速箱殼，到1930年世界鎂產(chǎn)量增長到1200噸／年以上。
二戰(zhàn)期間是鎂工業(yè)的第一個(gè)飛速發(fā)展期，從1935年開始，德、法、蘇、奧、意、美等國分別建立了鎂廠，鎂產(chǎn)能急劇增加，此期間鎂主要用來制造燃燒彈、照明彈、曳光彈、信號(hào)彈以及軍用裝備的零部件。1943年世界鎂產(chǎn)量達(dá)到23萬噸。然而，二戰(zhàn)結(jié)束后，鎂需求降低，產(chǎn)量急劇降低，1946年世界鎂產(chǎn)量降低到只有2.5萬噸／年，鎂合金發(fā)展進(jìn)入了低潮期。此時(shí)，世界各國開始考慮鎂合金在民用工業(yè)發(fā)展的可能性，鎂合金的研發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向民用。
直到20世紀(jì)90年代，由于歐洲和美國對(duì)汽車廢氣排放量、能源消耗、噪音的限制的進(jìn)一步升級(jí)，減重、提高燃油利用率的高要求迫使各汽車公司發(fā)展鎂合金。自此，世界各國政府高度重視鎂合金的研究與開發(fā)，美國、日本、德國、澳大利亞等國家相繼出臺(tái)了自己的鎂合金研究計(jì)劃，把鎂作為21世紀(jì)的重要戰(zhàn)略物資，加強(qiáng)了鎂合金在計(jì)算機(jī)、汽車、航空航天、通訊等領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用。德國1997年由聯(lián)邦政府出資了2500萬馬克的MADICA（Magnesium Die Casting）鎂合金研究開發(fā)計(jì)劃，主要研究快速原型化與工具制造技術(shù)、切削加工技術(shù)、壓鑄鎂合金工藝、連接技術(shù)和半固態(tài)成型工藝，并且將鎂合金應(yīng)用在汽車、計(jì)算機(jī)、航空航天等領(lǐng)域，提高了鎂合金的應(yīng)用能力。日本文部科學(xué)省也在1999年開始資助“先進(jìn)鎂合金科學(xué)技術(shù)計(jì)劃”項(xiàng)目，由長崗科技大學(xué)、東京大學(xué)、東北大學(xué)、國立材料研究所等十多家機(jī)構(gòu)共同完成，目的在于解決未來鎂合金的應(yīng)用問題，研究方向主要有：鎂合金結(jié)構(gòu)控制、鎂合金表面改性、鎂合金生態(tài)技術(shù)與新型功能材料的開發(fā)。1992年開始，由于中國采用皮江法煉鎂的快速發(fā)展，使原鎂的價(jià)格降低到與鋁相當(dāng)?shù)某潭?，促?a href=http://www.nicastaneda.com target=_blank class=infotextkey>鎂合金進(jìn)入了第二個(gè)飛速發(fā)展期。1995年在國際市場(chǎng)鎂價(jià)格上漲的拉動(dòng)下達(dá)到了建設(shè)高潮，隨著皮江煉鎂生產(chǎn)工藝不斷的改進(jìn)與完善，中國逐漸走上了符合中國國情的鎂工業(yè)之路。雖然1996年鎂價(jià)格下跌，但中國原鎂產(chǎn)量一直保持快速的增長勢(shì)頭，我國的純鎂產(chǎn)量從1990年的0.53萬噸增加至1999年底的15.7萬噸。歐美各大汽車公司以及電子行業(yè)對(duì)鎂合金汽車零部件和電子消費(fèi)品外殼的研發(fā)投入了大量的人力物力和財(cái)力，帶動(dòng)了鎂合金的研發(fā)和應(yīng)用熱潮。2000年世界鎂實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到43萬噸，其中，中國鎂產(chǎn)量達(dá)到19.5噸。此時(shí)研發(fā)和應(yīng)用的鎂合金多為壓鑄鎂合金。
二、21世紀(jì)鎂合金的發(fā)展
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著汽車工業(yè)、軌道交通、航空航天和電子產(chǎn)品工業(yè)的飛速發(fā)展，以及人們對(duì)高品質(zhì)生活的追求，對(duì)環(huán)保型、輕質(zhì)、高性能材料的需求越來越來越高，各國政府和鎂合金協(xié)會(huì)相繼提出，發(fā)展新型高性能鎂合金，開發(fā)鎂合金生產(chǎn)加工新工藝新技術(shù)，生產(chǎn)出高質(zhì)量、性能穩(wěn)定的多元化、多規(guī)格鎂合金產(chǎn)品，提高產(chǎn)品成品率和生產(chǎn)效率，推動(dòng)鎂合金材料的進(jìn)一步工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)程。鎂合金在世界范圍的規(guī)模工業(yè)化正在逐步實(shí)現(xiàn)，鎂合金發(fā)展進(jìn)入了新一輪全新高速發(fā)展期。
近年來，制約鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成本與環(huán)境因素已顯著改善。2008年全球金融危機(jī)后，以中國鎂產(chǎn)業(yè)為主體的世界鎂產(chǎn)業(yè)是恢復(fù)快的材料產(chǎn)業(yè)之一。2012年全球鎂產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量和消費(fèi)量已基本恢復(fù)到金融危機(jī)前的水平，但成本和價(jià)格已大幅度下降，原鎂價(jià)格已降低到2007年價(jià)格的50%以下，而且鎂產(chǎn)業(yè)的能耗和污染也大幅度降低。與此同時(shí)，從2013年起，我國作為全球大的鎂生產(chǎn)國取消了自2008年開始執(zhí)行的鎂及鎂合金10%的出口關(guān)稅，直接導(dǎo)致國際市場(chǎng)鎂價(jià)格降低10%。
近幾年，我國的鎂產(chǎn)量和出口量已連續(xù)多年居世界第一（如圖1所示）。2017年，我國原鎂產(chǎn)量已達(dá)到近100萬噸，占全球總產(chǎn)量約80%，我國原鎂國內(nèi)消費(fèi)量首次超過出口量。我國近年來鎂產(chǎn)業(yè)的重要進(jìn)展之一就是青海鹽湖鎂業(yè)10萬噸金屬鎂一體化項(xiàng)目全面建成，展現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭。該項(xiàng)目的成功投產(chǎn)，可在一定程度上緩解因硅鐵價(jià)格波動(dòng)導(dǎo)致的皮江法原鎂價(jià)格波動(dòng)。
近十多年來，鎂合金應(yīng)用量大幅度增加。初步統(tǒng)計(jì)，鎂合金使用量已增加到40萬噸左右。這表明，在鎂合金產(chǎn)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)，鎂合金產(chǎn)品開始獲得越來越多應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)可。與此同時(shí)，鎂產(chǎn)業(yè)的政策環(huán)境也逐漸改善。特別是2016年我國國家領(lǐng)導(dǎo)人視察了青海鹽湖金屬鎂一體化項(xiàng)目，將從國家政策層面有力保障和推動(dòng)鎂產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。這些都為世界鎂產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了良好的成本條件與環(huán)境基礎(chǔ)。鎂合金市場(chǎng)需求量的大幅度增加、鎂產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境的進(jìn)一步改善，有望在5-10年內(nèi)促進(jìn)鎂產(chǎn)業(yè)從百萬噸級(jí)上升到500萬噸級(jí)以上。
鎂合金的優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)
鎂合金棒材
三、結(jié)語
從19世紀(jì)金屬鎂的發(fā)現(xiàn)到如今鎂合金已發(fā)展成為21世紀(jì)具有潛力的金屬材料之一，鎂合金正成為全球關(guān)注的戰(zhàn)略性材料。隨著鎂合金新材料和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，鎂合金在當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中將扮演越來越重要的角色。