八种新型镁合金材料

        镁合金材料在近年来呈现出极具潜力的发展前景。随着对轻量化和高性能材料需求的增加，镁合金作为一种优秀的选择逐渐受到广泛关注。

        首先，镁合金具有极低的密度和优良的机械性能，使其成为替代传统重型金属的理想选择。它的比强度和比刚度接近铝合金，但密度只有铝合金的两位数百分之一，因此可以有效降低结构件的重量。这对于航空航天、汽车制造、轨道交通等领域具有重要意义，可以提高能源效率和减少碳排放。其次，镁合金具有良好的可再生性和可循环利用性。镁是地壳中丰富的元素，存在于海水和盐湖等资源中。与铝相比，镁的开采和提取过程相对简单，能耗较低。同时，废旧镁合金材料可以进行回收再利用，有效减少资源浪费。此外，镁合金还具有良好的导热性、电磁屏蔽性和防腐蚀性，并且具备较高的抗震性能。这些特点使得镁合金在电子设备、船舶建造、防腐工程等领域有着广泛的应用前景。

        镁合金一直在我国的高科技产业发展中扮演着重要角色，细分领域里的应用也十分广泛，现在给大家介绍八种新型镁合金材料。

(一)高性能稀土镁轻质结构合金材料

        通过向普通镁合金材料添加稀土，高性能稀土镁轻质结构合金材料实现了显著的优势，包括更高的强度、良好的韧性以及耐热耐蚀性。这些重要特性解决了限制镁合金材料广泛应用的关键问题，使其成为推动我国航空、航天、汽车、轨道交通等领域轻量化发展的基础材料。同时，我国拥有丰富的镁、稀土资源，并且在合金成型和加工技术方面已经非常成熟，这为稀土镁合金轻质结构材料的市场应用提供了巨大空间。我们已经建立完整的稀土镁合金轻质结构材料产业体系，实现了自给自销的能力。

        对于高性能稀土镁轻质结构合金材料，未来的市场需求主要集中在以下几个方面：

        1. 开发和推广高性能的镁稀土母合金以及短流程低成本的稀土镁合金制备技术。

        2. 开发面向各种应用领域的新型高性能稀土镁合金材料。

        3. 研发先进的加工成型技术和配套设备，以提高生产效率和降低成本。

        4. 完善稀土绿色冶炼分离技术，并促进其广泛应用。

        5. 进行针对材料生命周期的系统研究，建立产学研用协同发展平台，推动产业创新。

        6.加快高性能稀土镁轻质结构材料的应用速度，在未来3到5年内实现从军用领域向民用领域的转化，并逐渐扩大市场规模。预计到2035年，该材料将取代普通镁合金材料的比例达到30%。

(二)高强高导热镁合金材料

        在航空、航天、新一代武器装备、高速列车和新能源汽车等领域的快速发展中，高功率密度电磁器件的数量和排布密度不断增加，因此必须有效导出运行过程中产生的热量，以保证设备的稳定性和可靠性，同时延长器材的使用寿命。在轻量化的背景下，快速有效地导出器件所产生的热量成为一项重要问题。

        高强高导热镁合金材料及其制品的生产成套技术是支撑飞机、高速列车、汽车和电脑等散热组件发展的先进基础材料和关键技术。它在轻量化装备、提高系统运行稳定性和使用寿命方面具有重要作用。预计到2035年，高强高导热镁合金材料将替代同类普通高导热合金材料的使用量超过30%。

        传统的高导热金属材料如银(Ag)和铜(Cu)由于密度太大(分别约为10.5 g/cm³和8.9

g/cm³)、价格较高，难以满足实际应用需求。而镁合金材料由于低密度的优势，是潜在的满足应用需求的材料体系之一。然而，常用的镁合金的导热系数与铝合金相比仍存在明显差距。因此，开发导热系数大于125

W/(m·K)的高强高导热镁合金材料及其制品的制备和加工技术成为该领域发展的主要方向。

(三)超高强镁合金材料

        超高强度的镁合金材料是支撑航空、航天、新一代武器装备、高速列车以及新能源汽车等高端装备不断升级发展的关键基础材料。我国在超高强度变形镁合金的研发和应用方面处于世界领先地位。然而，从进一步扩大镁合金材料应用的角度来看，现有的高强度镁合金材料在比强度、比刚度、断裂韧性以及性能稳定一致性等方面仍存在明显不足。这些不足限制了镁合金材料在上述领域的应用，并且制约了提高镁合金终端产品竞争力，成为当前亟需解决的发展问题。因此，超高强度镁合金材料及其强韧化变形加工技术成为镁合金领域发展的主要方向。预计到2035年，超高强度镁合金材料将取代同类普通材料的比例将超过20%。

(四)Mg-Al 系、Mg-Zn 系、ZK 系镁合金材料

        目前，镁合金在多个领域得到广泛应用，其中一种常用的合金系列是Mg-Al系合金，特别是AZ91镁合金，在铸造过程中表现出工艺稳定性、烧损较小，并且具有优异的力学性能和高强度耐腐蚀性能。在变形镁合金方面，Mg-Zn系合金得到广泛应用，这些合金在热处理过程中表现出优异的时效强化行为。在该系列中，ZM81合金展示出比Mg-Al合金更卓越的力学性能。另外，ZK系合金是Mg-Zn-Zr系镁合金的代表，是目前最常用的变形镁合金之一。ZK61镁合金经过高温成形冷却和人工时效处理后，抗拉强度可超过300

MPa，具有良好的塑性和耐腐蚀性能，同时也具备良好的加工性能，可以制造形状复杂的大型锻件。

(五)新型超塑性镁合金材料

        新型超塑性镁合金材料具有相对较低的生产成本和较高的利润，因此在镁合金材料的生产和应用中具备显著的竞争优势。研究表明，我国开发的新型超塑性镁合金材料的性能指标优于日本生产的同类产品。这些材料具有高强度(抗拉强度>

350 MPa、屈服强度> 250

MPa)的室温强度，并且在冲压过程中具有出色的超塑性变形能力(中、低温延伸率为100%~200%，高温延伸率为700%~800%)。未来需要进一步加强对这类材料的研究，为航空、航天技术领域的发展提供支持。

(六)新型高强高塑铸造镁合金材料

        铸造镁合金具备出色的铸造性能、加工切削性能以及较高的比强度和比刚度等优点。在航空和航天领域，这种材料已被广泛应用于制造飞机蒙皮、舱体、发动机零件等结构复杂且大体积薄壁的零件。随着航空、航天、汽车、轨道交通等领域不断发展，对轻型复杂结构薄壁零件的需求日益旺盛。因此，开发具有良好流动性、优异强度(抗拉强度

>300 MPa)和高塑性(伸长率 >10%)的新型铸造类镁合金材料具有重要意义。

(七)超轻 Mg-Li 合金材料

        Mg–Li合金是一种超轻合金材料，其密度范围为1.35~1.65

g/cm3，并具有超轻高塑性的特点。美国已经开始将Mg-Li合金应用于制造装甲输送车、航空和航天领域的非结构与次级结构件等。俄罗斯则采用Mg–Li合金制造航天器的电器仪表件和外壳等零部件。日本将Mg-Li合金用于电子产品壳体和音响振膜的制造。我国近年来也开始将Mg-Li合金应用于卫星仪表壳体件的制造中。

        随着研究的深入和技术的发展，可以预见未来超轻Mg-Li合金将在航空、航天、汽车、计算机、通信和消费电子产品等领域得到更加广泛和深入的应用。

(八)高性能新型镁基复合材料

        常见的镁合金材料存在一些问题，比如绝对强度不高、刚度较低、耐磨性和抗蠕变性较差等，这限制了它们在某些结构件和高温环境下的应用。为了有效解决这些问题，可以通过添加颗粒、晶须或纤维等增强体来改善材料性能。通过选择不同类型、形状、尺寸和含量的增强体，可以有效地调节镁基复合材料的各项性能，以满足实际应用需求。目前，大多数镁基复合材料采用粉末冶金方法制备小尺寸构件，而产业界迫切需要解决的问题是如何高质量、高效地制备大规格的镁基复合材料。

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