【正文】 ，到 2022 年已上升為僅次于鋁合金的第二大用戶。北美的壓鑄鎂合金用量持續(xù)增長(zhǎng)，20 世紀(jì) 90 年代平均年增長(zhǎng)率達(dá) 19%，21 世紀(jì)初其增長(zhǎng)率仍保持在 15%—20%。 在汽車行業(yè)，通過(guò)鎂合金零部件的使用可有效地實(shí)現(xiàn)汽車輕量化目標(biāo)。歐洲和美國(guó)正在使用和研制的鎂合金零部件多達(dá) 100 多種，汽車用鎂量已在 6～26公斤，平均為 12 公斤。在國(guó)內(nèi)，上海汽車集團(tuán)、一汽集團(tuán)、東風(fēng)汽車集團(tuán)等大的汽車公司均已開始使用鎂制零部件。目前已實(shí)現(xiàn)鎂合金在摩托車上的單車用量 12 公斤，總減重約 6 公斤。鎂合金自行車以其輕量化、易折疊、美觀獲得了市場(chǎng)好評(píng)。在 2022 年 10 月 1819 日舉辦的美中加三國(guó)鎂合金應(yīng)用與發(fā)展會(huì)議上，人們預(yù)計(jì)將在 5 年之內(nèi)將汽車用鎂合金有現(xiàn)在整車的 3%提高到 15%左右，也就是說(shuō)在 5 年之內(nèi)，僅汽車一個(gè)行業(yè)的鎂合金用量將躍升 5 倍。 由于鎂合金所具有的優(yōu)異的薄壁鑄造性能及良好的比強(qiáng)度、剛度和抗撞能力，能充分滿足３Ｃ產(chǎn)品高度集成化、輕薄化、微型化、抗摔撞及電磁屏蔽、散熱和環(huán)保要求。因此，當(dāng)前在手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等行業(yè)，已經(jīng)掀起了鎂合金外殼及零部件研發(fā)與應(yīng)用熱潮。金屬鎂將成為２１世紀(jì)重要綠色金屬工程材料?？梢姡闪怄V礦制備金屬鎂是菱鎂礦利用產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重要發(fā)展方向。我國(guó)大力發(fā)展鎂工業(yè)具有獨(dú)具的資源優(yōu)勢(shì)和廣闊的市場(chǎng)前景。當(dāng)前，我國(guó)在鎂產(chǎn)業(yè)鏈延伸、鎂產(chǎn)品研發(fā)體系逐步完善及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展三大因素共同作用下，中國(guó)金屬鎂及鎂合金消費(fèi)量也迅速增長(zhǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，消費(fèi)量已經(jīng)從 1999 年的 萬(wàn)噸增長(zhǎng)至 2022 年的 萬(wàn)噸，增長(zhǎng)了 倍。未來(lái) 15 年是中國(guó)金屬鎂需求增長(zhǎng)最快的時(shí)期，需求將以 10％以上的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì) 2022 年和 2020 年，國(guó)內(nèi)金屬鎂消費(fèi)量將分別達(dá)到 10 萬(wàn)噸和 20 萬(wàn)噸?？圃涸诮饘冁V方面的技術(shù)與進(jìn)展目前我國(guó)金屬鎂生產(chǎn)工藝采用白云石為原料的硅熱法煉鎂工藝技術(shù)路線（即皮江法） 。6 / 21與國(guó)際無(wú)水氯化鎂電解生產(chǎn)金屬鎂工藝相比，我國(guó)硅熱法生產(chǎn)鎂的工藝技術(shù)水平很低。本項(xiàng)目采用由菱鎂礦制備無(wú)水氯化鎂電解生產(chǎn)金屬鎂工藝旨在取代我國(guó)硅熱法生產(chǎn)鎂的工藝。目前，由菱鎂礦制備無(wú)水氯化鎂電解生產(chǎn)金屬鎂工藝中的關(guān)鍵技術(shù)——無(wú)水氯化鎂制備技術(shù)和電解技術(shù)。在菱鎂礦制備無(wú)水氯化鎂的技術(shù)方面，中國(guó)科學(xué)院通過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)積累研究出了一條可行的先進(jìn)工藝技術(shù)路線；在無(wú)水氯化鎂的電解技術(shù)方面，我國(guó)上世紀(jì) 90 年代初引進(jìn)過(guò)電解技術(shù)，但電耗高，運(yùn)行不理想，目前國(guó)際先進(jìn)電解技術(shù)的電耗僅是目前我國(guó)鎂電解技術(shù)的 60%左右，本項(xiàng)目擬通過(guò)與具有先進(jìn)電解技術(shù)研究的國(guó)際高層次研究人員合作，來(lái)完成由菱鎂礦生產(chǎn)金屬鎂工藝的先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的研究與開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)金屬鎂生產(chǎn)的工藝技術(shù)提升。合金經(jīng)濟(jì)指標(biāo)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2022 年我國(guó)的汽車產(chǎn)量超過(guò)了 180 萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)到 2022 年我國(guó)的各類汽車產(chǎn)量將達(dá) 320 萬(wàn)輛，其中轎車產(chǎn)量將達(dá)到 110 萬(wàn)輛。一般轎車上配輪轂 5 個(gè)（其中一個(gè)是備件） ，每個(gè)輪轂的重量在 5kg 左右，僅這一項(xiàng)可使鎂合金在單臺(tái)車上的用量達(dá)到 25kg。本項(xiàng)目的耐熱鎂合金不僅可用于自動(dòng)變速箱(12Kg/只)，還可推廣到發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的其它零部件。因此，本項(xiàng)目的成果在每臺(tái)車的材料中將占顯著的份額。如果做一個(gè)保守的預(yù)測(cè)，以每臺(tái)車 30kg 計(jì)算，每年需求量將在 3 萬(wàn)噸。由于汽車鎂合金件的技術(shù)含量高，附加值也高。目前汽車鎂合金壓鑄件每噸的市場(chǎng)價(jià)在 68 萬(wàn)元左右，而純鎂的市場(chǎng)價(jià)低于 萬(wàn)元/噸。除去其它各項(xiàng)成本，壓鑄鎂合金件產(chǎn)品的純利潤(rùn)在 3 萬(wàn)元/噸以上。這樣每年能為國(guó)家創(chuàng)造 24 億元的產(chǎn)值，直接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá) 9 億元以上。汽車零配件技術(shù)可以擴(kuò)展到摩托車零配件、家用電器相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)。此外，國(guó)際市場(chǎng)的前景也是非常光明的。近 20 年來(lái)，由于勞動(dòng)力成本的上漲，西方發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家鑄造工業(yè)的相對(duì)萎縮，鑄件生產(chǎn)的重心向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移，這為我國(guó)的鑄造業(yè)帶來(lái)良好的機(jī)遇。我國(guó)的鎂資源豐富，勞動(dòng)力成本低，因此國(guó)內(nèi)市場(chǎng)工業(yè)純鎂的價(jià)格遠(yuǎn)低于國(guó)際市場(chǎng)。本項(xiàng)目的耐熱鎂合金汽車零部件一旦在國(guó)產(chǎn)車上成功使用后，由于產(chǎn)品技術(shù)含量高，再加上價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，必將很快進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，成為國(guó)際汽車鎂合金部件的生產(chǎn)出口基地。項(xiàng)目的國(guó)際合作由于現(xiàn)階段金屬鎂和鎂合金的項(xiàng)目的某些關(guān)鍵技術(shù)和主要用戶在歐美國(guó)家，因此，中科院在組織項(xiàng)目時(shí)，將充分利用有關(guān)國(guó)際渠道，集成世界主要材料研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的技術(shù)，并與國(guó)際大型鎂金屬與鎂合金公司合作或合資，盡快利用對(duì)方的渠道優(yōu)勢(shì)，高屋建瓴，爭(zhēng)取技術(shù)一流并使產(chǎn)品在市場(chǎng)上占據(jù)最大比例。目前已有多家跨國(guó)公司正在考慮與我合作。5．經(jīng)濟(jì)效益（略）7 / 21四、鎂合金的利用與目前生產(chǎn)情況鎂合金具有很多優(yōu)點(diǎn)，具體如下：低密度：鎂的比重為 ，是鋁的 2/3，鋼的 1/4。美國(guó)福特汽車公司設(shè)計(jì)的汽車離合器殼體和剎車踏板支撐托架用鋼需 公斤，用鋁為 公斤，而用鎂合金為 公斤。用鎂合金（AD91D）做手動(dòng)齒輪箱比鋁省重 ，用鎂合金做（AM60B）的車門比鋼省重。目前美國(guó)和日本以及歐洲等國(guó)在一輛汽車上用鎂做的壓鑄件已有 20 多種。若一輛汽車上用 40 公斤的鎂壓鑄件代鋁和鋼，汽車的重量可減輕 100 公斤以上。高比強(qiáng)度：由于密度低，鎂合金的比強(qiáng)度要顯著優(yōu)于鋼和鋁合金。例如，鑄造鎂合金的比強(qiáng)度約是鑄鋼的 2 倍，是鑄鋁的 倍；擠壓 AZ81 鎂合金的比強(qiáng)度是碳鋼的 倍。高比剛度：在強(qiáng)度相同時(shí)，鎂合金的比剛度明顯優(yōu)于 Al合金，它的彈性模量比 Al 低，比彈性模量和 Al 相同，但由于截面的剛性隨厚度的立方而增加，當(dāng)截面的厚度增加 2 倍時(shí)，其剛度將增加 8 倍。用鎂合金制造剛性好的整體構(gòu)件十分有利?？拐饎?dòng)，低噪音：鎂合金構(gòu)件在受外力作用容易變形，從而使受到的應(yīng)力均勻分布，在一定的場(chǎng)合下避免過(guò)高的應(yīng)力集中。在彈性范圍受沖擊載荷時(shí)，其吸收的能量比 Al 高一倍。見下表：表 1 Mg 和 Al 的衰減系數(shù)比較應(yīng)力水平（MPa） 衰減系數(shù)鎂合金（AZ91D） Al（A380）35 25% 1%100 53% 4%加工費(fèi)用低：鎂合金具有良好的切削加工性能。按每分鐘去掉一定量的金屬來(lái)計(jì)算，去掉等量鎂合金所需功率比其它金屬小。西德 Volkswagen 加工一個(gè)曲軸箱費(fèi)工時(shí)為鋁的 58%（見下表*）表 2 加工成本比較Al Mg Zn金屬成本（元） 鑄造成本（元） 工模具成本（元） 總成本（元） *美國(guó) AMAX 公司對(duì)鎂壓鑄件成本計(jì)算比較此外，鎂合金具有良好的阻尼性能，良好的電磁屏蔽性能，優(yōu)異的鑄造性8 / 21能，可生產(chǎn)較為復(fù)雜的鑄件；鎂合金具有良好的可焊性；良好的熱成型性；良好的尺寸穩(wěn)定性；低缺口疲勞敏感性；低的熱應(yīng)力模量；高的熱擴(kuò)散性；低的熱中子撲獲截面和低的旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力等。2．鎂合金的應(yīng)用潛力1998 年五月在美國(guó)(San Diego)召開的國(guó)際鎂協(xié) 55 屆年會(huì)上，國(guó)際鎂協(xié)官員稱“鎂和合金的應(yīng)用是下個(gè)世紀(jì)人類面臨最具挑戰(zhàn)性和最令人鼓舞的機(jī)遇。鎂及鎂合金的開發(fā)與應(yīng)用將以前所未有的增長(zhǎng)速度進(jìn)入下個(gè)世紀(jì)” ，其原因主要是：結(jié)構(gòu)件減重，降低能耗和充分利用能源以及減少環(huán)境污染。因此，圍繞鎂合金開發(fā)應(yīng)用的相關(guān)基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性問(wèn)題現(xiàn)已被各國(guó)，如美國(guó)、德國(guó)、日本等，視為新世紀(jì)全球競(jìng)爭(zhēng)的重大戰(zhàn)略課題之一，紛紛投巨資給予支持，西方幾個(gè)國(guó)家開發(fā) Mg 業(yè)的相關(guān)計(jì)劃。表 3 西方幾個(gè)國(guó)家開發(fā) Mg 業(yè)的相關(guān)計(jì)劃國(guó) 別 研 發(fā) 規(guī) 劃 內(nèi) 容 支 撐 條 件美 國(guó) 換代汽車協(xié)議 PNGV6 座換代汽車，油耗3L/100KM能源部 USCAR 項(xiàng)目 1120萬(wàn)美元；商業(yè)部 MPCC 項(xiàng)目 660 萬(wàn)美元?dú)W 洲 汽車燃油減少 25%，CO 2排放減少 50% 歐洲汽車研發(fā)協(xié)會(huì)EUCAR德 國(guó) MADICA科技教育部投資 2500 萬(wàn)馬克，資助六所高校和60 家企業(yè)德 國(guó) 1999 宣布 支持鎂合金發(fā)展，保持汽車在世界領(lǐng)先地位 科技教育部，投資 1 億二千萬(wàn)馬克日 本 四年計(jì)劃 組織 9 個(gè) Mg 合金研究組，開展十幾個(gè)研究項(xiàng)目 教育、科學(xué)、運(yùn)動(dòng)和文化部資助大學(xué)日 本 衛(wèi)星構(gòu)件：機(jī)器人、罐式衛(wèi)星 航天發(fā)展局 NASDA（1）鎂合金在軍事上的應(yīng)用鎂合金成為國(guó)防軍事、汽車、電子通信等工業(yè)領(lǐng)域的重要材料。尤其是我國(guó)目前大飛機(jī)、繞月、高速軌道交通、電動(dòng)汽車等大型工程項(xiàng)目的啟動(dòng)，對(duì)鎂合金的產(chǎn)業(yè)化起到了很好的帶動(dòng)作用。在國(guó)防軍事領(lǐng)域，降低重量意味著可以提高武器的射程和命中精度，也可以提高飛行器的機(jī)動(dòng)性能，還可以降低航天器（火箭、飛船等）的發(fā)射成本，因此鎂合金被應(yīng)用于制造飛機(jī)、導(dǎo)彈、飛船、衛(wèi)星、輕武器等重要武器裝備零件。2022 年 4 月美國(guó)在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中曾經(jīng)多次從英國(guó)起飛執(zhí)行轟炸任務(wù)的 B52 大型轟炸機(jī)，其機(jī)身鎂合金用量高達(dá) 8100 公斤，用于蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)、框架等重要部位。正是由于鎂合金的大量使用，才使9 / 21得 B52 轟炸機(jī)的載彈量大大增加，增強(qiáng)了轟炸能力。此外，在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍的電子戰(zhàn)顯示了巨大的威力，而電子戰(zhàn)的關(guān)鍵設(shè)備之一—軍用電腦就采用堅(jiān)固的且能夠電磁屏蔽的鎂合金外殼。在我國(guó)，JSU27 等高性能戰(zhàn)機(jī)和紅旗系列防空導(dǎo)彈上也大量使用鎂合金，且正在向輕武器、軍事通訊裝備和水中兵器等領(lǐng)域發(fā)展。鎂合金的第一個(gè)發(fā)展高峰來(lái)源于第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，可見鎂合金的發(fā)展有助于國(guó)防軍事力量的提高。下面再列舉一些鎂合金應(yīng)用的典型例子：火箭和空間探測(cè)：美國(guó)“前衛(wèi)”(Vanguard)號(hào)衛(wèi)星發(fā)射火箭， “云雀”（Skylark）研究火箭；國(guó)家宇航局發(fā)射的“高空探測(cè)器”等的一些關(guān)鍵部件；“紅石”(Redstone)號(hào)火箭的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)；“宇宙神”(Atlas)洲際運(yùn)