镁合金在航空航天领域中的应用

        航空航天材料的发展正在朝着轻量化的方向迈进。减轻飞机机身和部件质量所带来的优势是显而易见的：它可以降低燃油消耗量、增加载重能力、延长飞行时间，并降低飞行成本。根据数据显示，每减少1磅航空航天材料，商用飞机的费用可以减少300美元，战斗机可以减少3000美元，航天器可以减少30000美元。可见，航空材料的轻量化对航天飞行器成本的影响非常重要。此外，在节约成本的同时，减轻高速飞行器的质量还可以大大减少惯性，提高飞行性能。镁的密度为1.74g/cm3，在金属镁中添加一些合金元素，构成了质量最轻的镁合金。尽管其密度仅相当于工程塑料，但它的强度和刚度却比工程塑料高出很多。因此，如果将镁合金广泛应用于航空航天领域，将会带来巨大的减重效益和节约成本。作为"21世纪绿色工程材料"，镁合金具有高比强度和比刚度、良好的尺寸稳定性、导热导电性好、抗振能力强、可承受较大冲击载荷以及优秀的铸造和切削加工性能，而且易于回收利用。这些特性使得镁合金在航空航天领域中占据着重要的地位，可以成为飞机、导弹、飞船、卫星等航空设备上重要的构件材料。随着科技水平不断提升，航空航天领域的发展越来越离不开镁合金的应用。

        镁合金由于其密度较小、相对比强度和比刚度较高，因此首先在航空航天领域得到了广泛的应用。它在减轻重量方面表现出色，取得了显著的成果。航空材料的减重带来了显著的经济效益和性能改善。相同质量下，商用飞机和汽车的减重所换取的燃油费用节省相差近百倍。而战斗机的燃料费用节省又是商用飞机的近十倍。更重要的是，机动性能的提升极大地增强了战斗机的战斗力和生存能力。因此，航空工业将采用镁合金作为飞机结构新材料的首选，并努力增加其使用量。

        镁合金在航空领域有广泛的应用。例如，它被用来制造飞机的螺旋桨、发动机的曲柄箱和其他零部件，还被用于飞机和导弹的蒙皮和舱体、壁板，客机座椅以及汽油和润滑油系统的零部件。此外，镁合金还被应用于油箱隔板、起落轮、气球吊篮、副油箱挂架、飞机长桁、翼肋、飞机舱体隔框、战斗机座舱舱架、操作系统摇臂和支座、起落架支持框、遮风屏支持架、定向仪、尾轮、无线电设备底座、卫星角架、飞机起落架外筒、轮毂、轮缘、直升飞机后减速机匣、上机匣、飞机电机壳体以及油泵壳体和仪表壳体。镁合金也被用于火箭和导弹的零部件，直升机齿轮箱、车轮和发动机部件，涡轮喷气发动机机罩以及机轮外壳和传送箱。稀土高强镁合金已经开始取代部分中强铝合金，在歼击机上得到了应用。随着镁合金制备技术的进一步发展，材料的性能如强度、比刚度以及耐热性和耐腐蚀性的提高，使得它的应用范围进一步扩大。

        目前，镁合金主要应用于各种民用和军用飞机的发动机零部件、螺旋桨、齿轮箱和支架结构，还有一些火箭、导弹和卫星的零部件。随着折耐温性的提高，飞机的各种发动机箱体、传送箱和电源装置等也将逐步采用镁合金制造。此外，镁合金板材广泛应用于制造壁板、整流罩、发动机罩、门、盖板、框架、整流包皮、翼尖、尾面、副翼以及邮箱等部件。

1、国内应用现状

        在航空航天领域，镁合金被广泛应用于制造飞机、导弹、飞船和卫星等重要机械装备的零件。这种应用有助于降低零件质量，提高飞行器的机动性能，并且减少航天器的发射成本。早在20世纪50年代，我国仿制的飞机和导弹已开始采用镁稀土合金来制造蒙皮、框架以及发动机机匣。随着70年代后我国航空航天技术的迅速发展，镁合金也逐渐在强击机、直升机、导弹和卫星等产品上得到推广和应用。例如，ZM6铸造镁合金已经成功应用于制造直升机尾减速机匣、歼击机翼肋和30kW发电机的转子引线压板等重要零件。此外，MB25稀土高强镁合金也在强击机上替代了部分中强铝合金，并取得了良好的效果。目前，我国航空航天领域对于减轻重量的迫切需求为镁合金新材料的开发与应用提供了机遇和挑战。

2、国外应用现状

        在海外，航空航天领域对镁合金进行了广泛的研究，并取得了许多突破性成果。举例来说，B-36重型轰炸机每架使用了重达4086kg的薄型镁合金板材，而喷气式歼击机“洛克希德F-80”的机翼也采用了镁合金制造。这种转变减少了结构零件数量，从47758个减少到了16050个。Talon超音速教练机的机身有11%采用了镁合金（包括160kg的板材、128kg的铸件以及少量的挤压件、板材和管材）。同样地，B-52轰炸机采用了180kg的镁合金板材。空对空导弹Falon GAR-1的90%结构部分采用了镁合金制造，其中弹身是通过对1mm的AZ31B-H24轧制板进行纵向焊接和拉深成形而成。另外，名为“德热米奈”的飞船的启动火箭“大力神”曾使用了约600kg的变形镁合金。而“季斯卡维列尔”卫星则应用了675kg的变形镁合金。直径为1m的“维热尔”火箭壳体采用了镁合金挤压管材制造。此外，战术航空导弹的舱段、副翼蒙皮、壁板、加强框架、舵面、隔框等厚件，以及诱饵鱼雷壳体、雷达和卫星上使用的井字梁，都广泛采用了变形镁合金。

        随着我国航空航天事业迅猛发展，采用轻质高强的新型镁合金材料成为实现航空航天轻量化的重要策略。我国拥有丰富的镁资源，积极推动镁合金科技的发展，提升镁产业的技术水平，大幅增加镁合金在航空飞行器中的应用比例，有效减轻航空航天机身的重量。这需要高校、研究所以及航空航天企业通力合作，攻克镁合金在航空领域应用方面的难题，进一步扩大其应用范围。相较于发达国家，我国在镁合金研究方面起步较晚，存在较大差距，需要科学工作者们的持续努力。

        第一，我们要持续加大高性能镁合金的开发研究力度，扩大其应用范围。目前，国内对镁合金在航空领域的应用主要集中在非承力/次承力结构件上，而国外已经开始在大型、复杂、承力结构件上进行部分应用。我们应进一步提升镁合金的性能，拓展其应用领域。

        第二，我们需要提高镁合金的耐腐蚀性能，以满足飞行器在海洋环境中对航空航天材料的要求。我国在腐蚀防护技术方面仍存在差距，并且铸件成品率有待提高，这大大限制了镁合金在飞行器中的应用。

        第三，我们还需要进一步改善镁合金的加工制造性，减少对加工过程和条件的严格要求，推动变形镁合金在航空领域的更广泛应用。