镁合金的应用需求分析

       我国是镁的资源大国，储量和产量均占世界第一，目前世界用原镁的70%以上来自中国，遗憾的是目前这个第一的内涵体现在：低附加值、高能耗、高污染的原镁产品的生产与供应在国内，高附加值、低能耗、低污染的镁产品的生产与供应在国外，因此我国虽然是镁业大国，却不是镁强国。
       在镁中添加若干其他化学元素，如Al, Zn, RE等可配置满足不同要求的镁合金。镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金，两者在成分、组织性能上存在很大差异。铸造镁合金尤其是压铸镁合金的发展比较成熟，其应用也比变形镁合金要广泛的多（据统计，目前世界镁合金应用的90%以上为铸造镁合金尤其是压铸镁合金），主要用于汽车零件、机件壳罩和电气构件等；而变形镁合金主要用于薄板、挤压件和锻件等。与铸造材料相比，变形镁合金材料具有更高的强度、更好的延展性、更多样化的力学性能，从而使镁合金可以在一些对性能要求比较高的特殊条件下应用，显著扩展镁合金的应用领域。
       1 镁合金锭的应用需求
       菱镁矿、白云石矿和盐湖镁资源等优质炼镁原料资源在中国的储量十分丰富。全球化市场经济的不断深入发展，为中国镁材料产业的发展提供了巨大的机遇和市场。2009年，中国原镁企业产能10000吨以上的计有15家，国内原镁总产能为131.85万吨，同比增加13.52%；但是，由于国际金融危机，原镁产量50.18万吨（国家统计局数据），同比下降20.44%，而镁合金产量16.36万吨，同比下降22.5%。目前国内镁锭生产中普遍采用单一的皮江法炼镁工艺，在特定条件下（原材料、燃料成本和运费、劳动力价格偏低，环保要求不高），我国的原镁产品具有生产成本上的显著优势。

       目前无论是在国内还是在国外，镁的应用主要集中在铝合金生产、压铸生产、炼钢脱硫三大领域，还用在稀土合金、金属还原等其他领域,而且由于汽车和电子产业发展对镁合金压铸件的需求，用于压铸件的原镁比重将会持续增长。预计在未来几年，镁合金的应用需求将继续高速增长，出现与铝合金竞争的局面。

       2 镁合金压铸件的应用需求
       在镁合金产品开发应用的进程中，最先发展的成形加工技术是压铸，因为镁合金热流动性好，很适合于薄壁件的压铸生产。大陆地区镁压铸工业的发展主要由交通工具（汽车、摩托车、自行车、列车）带动，台湾镁合金的发展由3C产品带动，正在向其它产品拓展，一些台湾的镁合金压铸工业转移至内地，也促进了大陆镁合金的应用。而目前镁合金压铸产品主要应用仍然集中在交通运输和3C(电脑，通讯，家用电子)产业上。
       汽车行业对镁合金的大量需求，推动了镁合金生产技术多项突破，是促进镁合金产业发展的巨大动力。2009年在全球经济举步维艰的情况下，我国汽车工业取得了全球瞩目的成绩，产销分别完成1379.10万辆和1364.48万辆，同比分别增长48%和46%，预计2010年全年汽车产量增速在10%左右，有望达到1500万辆。汽车产业的蓬勃发展也为镁合金产业的发展带来了福音，因为目前全球节能减排正如火如荼，汽车产业迫切要求降低整车质量，实现节能减排目标，而镁合金成为实现这个目标的不二选择。预计2015年，国外平均每辆汽车用镁量将达到50公斤，届时全球镁合金汽车用压铸件的年消费量将达到50万吨。
       电子工业和其它高科技产品是仅次于汽车工业的镁消费市场。镁合金具有优异的薄壁造性能，其压铸件的厚度可达0.5mm-1mm，并保持一定的强度、刚度和抗撞能力，这非常有利于产品超薄、超轻、和微型化的要求。这是工程塑料，甚至铝合金所无法达到的。另外，镁合金外壳可使产品更豪华、美观、也是工程塑料的无法比拟的。
       除汽车和电子两大产业外，其它产业的镁合金压铸件用量也将迅速增长。从出口外供的市场前景来说，全球对镁合金压铸件的用量更加可观，因此，不论大陆内需，还是出口外供，镁合金压铸件的应用前景都令人鼓舞。
       3 镁合金变形材的应用需求
       镁合金铸造件存在晶粒粗大、力学性能较差、易产生缺陷等缺点，限制了镁合金的应用范围。通过塑性加工可以有效地改善镁合金微观组织，提高材料的力学性能。通过锻造、挤压、轧制、拉拔以及冲压等塑性加工工艺制备的镁合金材料及部件具有更高的强度、更好的延展性和更多样化的力学性能，且而为镁合金的广泛应用奠定了坚实的基础。
       随着变形镁合金加工技术的改进和生产效率的提高，大大降低了加工成本，就目前市场的情况和加工成本的估算，变形镁合金的使用成本已接近于铝合金。过去，变形镁合金产品的应用没有铸造产品广泛，主要是变形镁合金价格太高，限制了其发展。根据对变形镁合金和变形铝合金的性价比进行预测，专家认为，当镁合金的价格不大于铝合金价格的1.5倍时，变形镁合金的使用就具有竞争力，可见变形镁合金需求存在巨大的潜在市场。
       3.1 军用变形镁合金
       在变形镁合金产品当中，镁合金板材在各领域有广泛的应用前景，在军工方面需要镁合金板材以提高结构件强度，减轻装备重量,提高武器命中率。
       数据表明，2002年全球挤压材的产量只有不到3000t，但用途却很重要。挤压镁合金棒材、管材等在航空、核能、交通运输等领域得到了广泛的应用。AZ80、AZ61等镁合金挤压棒已经在反坦克战斗部得到了成功的应用； “德热米奈”飞船的启动火箭“大力神”中曾使用了600kg左右的变形镁合金；“季斯卡维列尔”卫星中使用了675kg的变形镁合金；直径1m的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的；战术航空导弹的舱段，副翼蒙皮、壁板、加强框、舵面，隔框等厚件，诱饵鱼雷壳体，以及雷达，卫星上用的井字梁，也都大量采用变形镁合金。
       镁合金锻件主要应用在航空领域。早在20世纪20年代，镁合金锻件已开始用于制造飞机螺旋桨。每架B-36重型轰炸机使用了4086kg的镁合金薄板。B-52轰炸机用了3600lb的镁合金（其中199件挤压件、19件锻件、542件砂型铸件和380磅的板材）。
军工领域虽然市场容量不大，但是关乎国家安全，因此得到国家的大力扶持。而目前国内需要的某些高性能板带材还不得不从国外进口，这就需要国内生产企业不断开拓创新，减少对进口产品的依赖。
       3.2 民用变形镁合金
       近年来，国家加大了对变形镁合金开发研究的投入，关键的加工技术正在快速突破，变形镁合金应用的重点也从宇航、兵器工业等军用领域扩展到了民用高附加值产业，如汽车、电脑、通讯和家用高档产品等，展示了其巨大的应用价值。
       相对于军用产品而言，民用市场容量巨大，进一步发展的市场前景十分诱人。中国目前是全球最大的铝合金挤压材市场，2008年铝挤压材产量为800万吨。镁合金挤压材与铝合金挤压材有很多相同的用途，如果镁合金挤压产量能占到铝合金市场的1%都将是很令人振奋的市场。相信随着科学研究的不断深入，挤压镁合金的一系列关键技术一旦实现突破，镁合金挤压产品将在很多领域取代以往的铝合金，实现变形镁合金应用的跨越式发展。
       4 镁合金特种铸造件应用需求
       砂型铸造长期以来一直是铸造生产中的基本工艺。这是因为砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应。目前镁合金砂型铸造主要应用于航空航天等军工领域以及一些新型产品的试生产。
       相对于民用产品来说，航空航天等军用材料减重带来的经济效益和性能的改善更加显著，商用飞机与汽车减重相同质量带来的燃油费用节省，前者是后者的近100倍。而战斗机通过减重带来的的燃油费用节省又是商用飞机的近10倍，更重要的是其机动性能改善可以极大提高其战斗力和生存能力。而作为航天载荷的卫星、宇宙飞船的减重效果则更加显著。因此镁合金砂铸件很早就开始应用于各种直升机、飞机和航天器上。例如， B-52大型轰炸机，其机身镁合金用量高达8100公斤，其中包括542件砂型铸件，用于发动机、框架等重要部位。
       我国也已开发和应用了多种镁合金砂型铸造产品。上海交通大学研制成功鱼雷壳体；中国科学院金属研究所等单位制作的神舟6号载人飞船上的电器箱，实现减重13公斤；神舟7号载人飞船自主飞行第31圈时，释放的伴飞小卫星是由上海微小卫星工程中心采用轻型镁合金材料作为主结构框架研制的，整星重量不超过40公斤；我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件；某型号的飞机选用了300-400项镁合金构件，其中一个零件的重量近300kg，最大尺寸达2m多。
作者系辽宁省人民政府工业特种资源保护办公室