提及鎂和鎂合金，許多人聽上去可能會有些陌生。但你知道嗎？以鎂為基體組成的鎂合金，密度低、功能特性好、輕量化好。它的密度是鋼的1/4，是很有應用前景的綠色金屬材料。生活中，鎂合金更是得到了越來越多的應用。據了解，全球70%以上的鎂資源都在中國，本文將從鎂合金產業的發展背景、發展現狀、發展任務以及發展建議四大方面進行深度解析。

 

一、鎂合金產業發展的背景需求及戰略意義

 

（一）鎂合金概述

 

鎂合金密度只有1.8g/cm³左右，比強度顯著高于鋼鐵和鋁合金，應用于產品構件輕量化效果好、節能減排效果顯著。因此，鎂合金應用的產業定位主要有汽車、軌道交通、建筑、3C、休閑和健康、軍口、能源等重要行業。其中，交通工具、電子信息和建筑等行業對鎂合金零部件的需求近年來急劇增加。

 

鎂合金除了具有顯著的結構輕量化優勢之外，還具有很好的功能特性，可進一步拓寬鎂合金的應用領域。鎂合金具有高的阻尼減振性能，其主要阻尼機制是位錯阻尼，阻尼性能一般是鋁合金的15倍、鋼的60倍。鎂合金具有高的導熱性能和散熱性能，室溫下純鎂的熱導率為158W/（m·K），Mg-Zn系和Mg-Mn系變形鎂合金的熱導率可達110～140W/（m·K），其總體散熱性能優于鋁合金。鎂合金具有優良的電磁屏蔽性能，常規商用鎂合金在30～1500MHz頻率范圍內的電磁屏蔽效能一般可達50dB以上，盡管低于銅合金，但明顯優于相同厚度的部分鋁合金。鎂合金具有良好的能源特性，純鎂的理論儲氫量高達7.6%，作為電池負極材料可以使電池具有很高的理論比容量（2.22A·h/g），因此作為儲氫材料和電池負極材料展現出巨大的潛力。鎂是生命必需的元素，具有良好的生物相容性，在體內可降解，從而避免二次植入，是理想的可降解生物醫用植入材料。鎂的標準電極電位很低，容易發生腐蝕，兼具強度和降解速率可控的鎂合金在石油鉆采領域具有很好的應用前景。

 

近年來，全球鎂專家通力合作，開發出了一批高強高塑鑄造鎂合金、超高強高塑變形鎂合金、低成本高強高塑鎂合金等新型鎂合金材料，在高質量構件制備和變形材料的非對稱加工技術方面均取得了巨大進展。但是，目前商用鎂合金的絕對強度仍然偏低，鎂合金構件的耐蝕性也較差，因此需要進一步推廣高性能新型鎂合金的商業化應用。

 

（二）鎂合金產業發展的背景需求

 

2017年，我國國內鎂消費量首次超過出口量，國內鎂合金產量約30萬噸。2018年，我國鎂合金產量進一步增加至35萬噸，2019年增加至39萬噸。同時，鎂合金消費占比呈逐年上升的可喜局面（如圖7-1所示）。隨著汽車、摩托車、3C產品、航空航天和軍工關鍵裝備、軌道交通工具、休閑體育器材等重點領域對輕量化要求越來越高，鎂合金的需求量和應用水平還將進一步增大。預計在未來5～10年，鎂合金在上述領域的應用將有望超過300萬噸。此外，由于鎂合金用于水泥模板可以充分發揮重量輕、堿性環境耐蝕性好等特點，鎂合金在建筑行業的應用有望成為一個新的增長點，3～5年后鎂合金用量預計可以達到50萬噸以上。

 

 

1. 汽車輕量化市場需求

 

10多年來我國汽車產銷量和保有量連續保持世界第一。長安、吉利、長城、奇瑞、紅旗等我國自主品牌汽車產銷量已突破1000萬輛。2012年，國務院發布實施《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》，國家工業和信息化部和各地政府陸續出臺了多項新能源汽車鼓勵政策，我國新能源汽車產業發展取得了舉世矚目的成就，成為引領世界汽車產業轉型的重要力量。截至2019年，我國新能源汽車保有量達到380萬輛，純電動汽車達到310萬輛。2019年，新能源汽車銷售達到287萬輛，預計未來還將持續快速增加。

 

 

2017年9月，五部委共同發布了《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，對新能源汽車和汽車輕量化節能減排提出了具體目標。國家制造強國建設戰略咨詢委員會和工信部委托中國汽車工程學會，組織制訂了《節能與新能源汽車技術路線圖》，為汽車輕量化發展指出了清晰的目標和明確的技術途徑。隨著我國汽車工業的穩步發展和新能源汽車的快速發展，節能減排和環保要求日益嚴格，汽車輕量化顯得愈發重要。因此，鎂合金作為重要的輕量化金屬材料在汽車上的大規模應用需求十分旺盛。

 

2. 軌道交通輕量化需求

 

2004年，國務院批準實施《中長期鐵路網規劃》，我國鐵路實現了快速發展。隨著鐵路和高速鐵路等軌道交通運營里程的快速增加，我國軌道交通車輛數量也同步大幅度增加。2018年，我國鐵路貨車擁有量達到83.9萬輛，鐵路客車擁有量達7.3萬輛；2019年，鐵路貨車擁有量達到87.8萬輛，鐵路客車擁有量達7.6萬輛，鐵路貨車和客車擁有量穩步增加。

 

按照我國高鐵動車組車輛保有量密度約為1輛/km測算，未來10～20年高鐵新線建設將至少新增2萬～3萬輛動車組需求。同時，我國主要城市均在大力發展城市地鐵、輕軌和新型空鐵等新型軌道交通，至2019年累計有30多個城市建成運營城市軌道交通線路超過5000km，列車保有量近5000列，未來還將進一步快速增長。據北京、上海、廣州、深圳等56個主要城市的地鐵建設規劃，2030年地鐵運營里程將達到12000km，對地鐵車輛需求十分巨大。

 

車體輕量化，是高速安全運行、節能降耗的必然要求，也是我國軌道交通從引進消化吸收再創新、自主提升創新，到全面創新和持續創新的必然選擇，鎂合金將在其中發揮重要作用。

 

3. 航空航天需求

 

大飛機、載人航天、探月工程等國家重大工程和軍事領域對輕量化和減重提出了非?？量痰囊?。研究表明，導彈每減重1kg，射程可增加15km ；軍機整體若減重15%，滑跑距離可縮短15%，航程增加20%，有效載荷提高30% ；火箭每減重1kg，可減少發射費用2萬美元；民用客機結構減重14.6%，每年的費用將節省2.2%。因此，世界各國都在加快航空航天用輕質高性能結構材料研發。

 

4. 電子通信領域應用需求

 

鎂合金已在筆記本電腦外殼領域得到廣泛應用，目前被惠普、戴爾、聯想等主流品牌大量使用，而且應用量正在呈上升趨勢。其他應用鎂合金的3C產品還包括投影儀、數碼相機、網絡通信設備、視聽設備等。富士康、可成等企業是這一市場的主要供應商。

 

5. LED照明的應用需求

 

LED被公認為當前最具發展前景的第四代綠色光源。盡管鎂合金的熱導率比鋁差，但鎂合金零部件的散熱效果卻高于鋁合金，這為鎂合金在散熱要求較高的LED行業推廣應用提供了非常好的機會。鎂合金應用于LED照明領域的部件主要是路燈殼體及燈架、燈管型材、筒燈殼體、球泡燈殼體、隧道燈殼體以及LED散熱模組等。包括鎂合金壓鑄件和型材，表面處理采用氟碳噴涂、噴塑和陽極氧化。

 

6. 生物醫用領域的應用需求

 

在生物鎂合金領域，鎂合金與不銹鋼、鈦合金及鈷鉻合金等高耐蝕植入材料相比，其密度與人體密質骨（1.75/cm³）相當、楊氏模量與人骨相近，且在人體中可降解、具有生物安全性，已成為金屬生物材料研發的熱點。

 

生物鎂合金的主要發展方向主要是骨科植入材料和心血管介入支架材料，鎂合金骨科植入材料已在動物試驗中顯示出良好的性能，部分鎂合金材料已在臨床中用于非承力部位的骨植入。國外已有臨床試驗報道證實了鎂合金用作可降解支架的可行性，可有效預防惰性支架長期在體內留存而造成的血管再狹窄問題。

 

7. 石油鉆采領域的應用需求

 

在油氣鉆采領域，壓裂技術是油氣開采中的核心難點技術，而研制一種能夠承受壓裂施工高壓、油井高溫，在油井流體環境下可控快速降解的輕質壓裂球至關重要。鎂合金由于具有低電極電位而容易腐蝕，并且密度低，成為一種極具潛力的壓裂球材料。

 

8. 儲能材料領域的應用需求

 

能源安全涉及經濟安全和國家安全。全球化石能源嚴重不足，而太陽能、風能等再生能源并網難度極大。為了節省能源和充分利用再生能源，大力推廣氫氣清潔能源的應用，都必須加快發展新型儲能技術。

 

儲氫是最近幾年新發展的重要儲能途徑，也是氫氣動力車、燃料電池、火箭等裝備和產品的重要動力源頭。鎂及其合金可與氫形成Mg-H化合物，具有很高的吸氫量，為未來規?；瘧么蛳铝嘶A。

 

電池是目前儲能的主要途徑，也是新能源汽車、筆記本電腦、手機等產品和裝備的主要電源。新能源汽車已成為全球發展方向，急需發展安全環保、低成本的新一代電池。鎂電池完全克服了鋰電池資源短缺、成本高、安全性差和環境污染無法解決等問題。

 

9. 其他領域的應用需求

 

鎂合金在紡織機械領域的用量穩步上升，充分發揮了鎂合金減振性能優勢。鎂合金材料化學性質相對活潑，被廣泛應用于陽極材料，如犧牲陽極、電池陽極等，已批量用于大型裝備的電化學保護、動力電池陽極和電解質激活電源陽極等。

 

鎂合金由于其顯著的輕量化效果，在日用家具的需求量十分巨大。此外，隨著人們生活品質的提高，對戶外休閑的需求量逐年增加。戶外休閑過程中，便攜式桌椅、行軍床、漁具等可采用鎂合金制造骨架，達到輕量化的效果。

 

（三）鎂產業對國家發展戰略及經濟和國防建設的重要意義

 

能源危機、環境污染和主要金屬礦產資源短缺已成為全球性重大戰略性問題。我國是鎂資源大國，占世界鎂資源的70%以上；我國也是世界鎂材料與制品生產大國，鎂及鎂合金產量占全球比重已連續十多年超過80%，鎂及鎂合金是我國在世界上最具話語權的金屬材料。鎂合金又是最有潛力的輕量化材料之一，其大規模應用對節能減排、緩解我國金屬礦產資源緊缺等有非常重要的戰略意義。我國提出了“國內大循環、國際國內雙循環”發展戰略，特別是在復雜多變國際形勢下，獨具資源優勢的鎂合金可從戰略上確保我國新型金屬材料應用安全和可持續發展.

 

武器裝備的輕量化是國家安全的重大戰略需求，尤其在航空航天領域，不但能夠提高飛行器的機動能力和有效載荷，還能產生可觀的經濟效益。我國航空航天與國防工業也制定了明確的輕量化目標，如第四代航空發動機推重比大于10，衛星結構質量降低5%左右，殲擊機結構質量系數從32%～34% 降至27%～28%，戰略導彈彈頭單位側面積質量小于30kg/m²，戰術導彈結構質量減輕30%以上。國外發達國家高度重視鎂合金零部件在航空航天領域的應用。美國、德國、日本等國將鎂合金材料用于衛星的各種支架、軸套、橫梁，動能侵徹和毀傷導彈的加強框、壁板、舵面、隔板以及超小型人造衛星等。我國也開發了一系列鎂合金，應用于機匣、前艙、零件、飛機液壓恒速裝置殼體、座艙蓋骨架、飛機機身長桁和操作系統的栓臂、支座等構件上，起到了很好的輕量化減重效果，提高了國防裝備的運行效果。

 

二、鎂合金產業的國際發展現狀及趨勢

 

國際上鎂及鎂合金發展與應用的重點地區主要在美國、加拿大等北美地區，德國等歐洲地區，日本、韓國等亞洲地區，總的來說前述發達國家和地區的鎂合金應用已進入相對成熟階段。北美是世界上鎂及鎂合金材料用量最多的地區，據估計其年增長速度約為30%，其中以美國和加拿大最為突出。

 

（一）北美地區

 

美國鎂產業大發展始于20世紀80年代。最初的鎂及鎂合金開發應用集中于汽車工業。著名汽車公司如福特、通用和克萊斯勒等公司在過去的幾十年里一直致力于新型鎂合金汽車零部件的開發應用，且其成效顯著。鎂合金應用中顯示出的巨大優勢逐漸受到美國政府的高度關注和重視，1996年，美國能源部與通用、福特和克萊斯勒三大集團簽署了一項名為“PNGV”（新一代交通工具）的合作計劃，這項以轎車節能為主要目標的計劃極大促進了鎂合金的開發與應用。同時，在汽車行業的帶動下，鎂合金在通信、計算機等行業的應用也隨之不斷擴大。

 

加拿大鎂資源豐富，鎂產業較為發達。1941年建立的哈雷鎂廠是世界上歷史最長、規模最大的皮江法鎂廠，1990年建成的年產4萬噸的貝坎庫爾鎂廠也是一個較大的原鎂生產廠，這些鎂廠為加拿大鎂合金的發展提供了充分的材料保障。同時，加拿大擁有當時世界上最大的鎂生產與加工公司—Meridan公司，其產品應用到許多發達國家的汽車制造中，該公司對世界鎂產業的發展起到了相當大的推動作用。隨著鎂合金應用領域的不斷擴大，1995年前后加拿大聯邦政府及魁北克省投資1140萬加元成立了一個新的鎂研究中心，旨在通過優化設計、工藝及材質，獲得具有優良性能的鎂合金壓鑄零部件，從而進一步拓寬鎂合金的應用。在政府的參與下，加拿大鎂合金的開發應用正突飛猛進的發展。

 

隨著鎂產業中心逐漸向中國轉移，加拿大已將Meridan公司的鎂合金制造業務單元轉讓給浙江萬豐集團。同時，加拿大已在鎂合金熱成型技術方面開展了大量工作，采用鎂合金板材和熱成型工藝制備了汽車車門（圖7-3）。

 

（圖7-3 加拿大開發的鎂合金板材熱成型車門）

 

（二）德國

 

歐洲的鎂及鎂合金用量僅次于北美，年均發展速度達60%，其中以德國鎂產業發展最為突出。德國的鎂合金歷史較悠久，而且長期以來，尤其是20世紀90年代以來，德國在鎂合金壓鑄領域處于世界領先地位。德國聯邦科技教育部實施了“MADICA”（鎂壓鑄）聯合攻關計劃，該計劃聯合了德國60余家企業、6所大學及研究所，累計投資上億歐元進行鎂合金在汽車上的應用研究。同時，由德國科學技術協會牽頭，啟動了由德國克勞斯塔大學和漢諾威大學負責組織實施的、歐洲最大的鎂合金與鎂合金壓鑄“SFB 390”項目，項目金額超過5300萬歐元，主要目標是研究鎂合金在結構件中的應用。在政府、企業和科研部門的共同努力下，德國鎂產業已取得了豐碩的成果，顯著地促進了鎂合金在德國及歐盟工業領域的應用?？梢哉f，德國是推動鎂合金發展特別是鎂合金壓鑄件發展的先驅和主力軍。

 

（三）日本

 

20世紀80年代末期，日本開發出了先進的鎂合金低壓金屬型鑄造裝置，為鎂合金的開發應用提供了保證，并由此開發了一系列的鎂合金產品。隨后還開發出了650t、1300t和1800t三種壓鑄機，為大型鎂合金零部件提供生產手段。除在汽車領域開發和應用鎂合金外，日本還在計算機、通信等領域進行了鎂合金的開發與應用，成為了鎂合金在3C產品上的應用強國。

 

日本的鎂消費量占世界的4%～5%，低于全球工業生產10%的比例。因此，日本鎂的應用領域還有進一步擴大的空間。許多制造商正試圖擴大他們的應用。這些制造商不僅包括日本鎂協會的成員，還包括許多成員以外的制造商。許多公司從日本政府獲得補貼，并正在力求開發鎂的應用。2019年，日本鎂的供應量為33545t/ 年，同比下降14.1%，其中97.5%來自中國，其余來自土耳其、俄羅斯、英國和以色列。日本2007年的需求峰值為4.7萬噸，但在雷曼破產后的第二年，日本需求在2009年大幅下降，自此以后于2010年開始復蘇，并顯示出近4萬噸的穩定需求量。壓鑄件正在以4%的速度增長。盡管目前尚未有大的應用渠道，但汽車行業的應用成為主流。用于汽車的小部件項目也得到了投資，應用也在擴大。

 

結合耐燃鎂合金、加工與連接技術、防腐技術以及大型結構制造技術，日本完成了全鎂車身模型設計與制作，將仿照目前的新干線列車制作一個5m長的車身結構（如圖7-4），并在假定實際操作環境的條件下進行疲勞試驗，以驗證長期使用的可靠性和安全性。在鎂一次電池和二次電池領域，日本也有較大投入。

 

（7-4 日本開發的鎂合金列車車身結構）

 

（四）韓國

 

韓國的鎂工業涉及鎂技術的所有領域，包括熔煉、精煉、鑄造、擠壓/ 軋制、機械加工、表面處理、涂層和回收利用。浦項制鐵開發了冶煉技術，并建成了一個大規模的生產工廠。然而，內部和外部因素導致浦項制鐵鎂錠停產，目前鎂錠主要從中國進口。鎂部件于1998年應用于三星筆記本電腦外殼。另外，還包括多種鎂合金的應用產品，如mp3和CD/DVD播放機。自2000年以來，汽車工業大大增加了鎂部件的應用。開發鎂薄板材料的興趣始于2002年。浦項制鐵在2007年建立了一座3000t產能的鎂板廠，并開始商業化生產。與此同時，在浦項制鐵鎂工廠周邊，全南先進材料產業化中心開發鎂產業集群，并專注于鎂部件的加工。

 

浦項制鐵還在江陵建立了一個煉鎂廠，并于2012年投產，然而現在已經停止生產。智能手機市場的需求，明顯增加了鎂在智能手機外殼部件中的應用。韓國浦項建立了大型的鎂合金連續鑄軋生產線，瞄準低成本板材的制備加工，主要應用于汽車零部件（如圖7-5），包括安全氣囊殼體、方向盤芯、座椅架、轉向柱支架、前照燈殼體、車輪架、車門板等。此外，已開發了各種各樣的鎂產品，如滑輪、油盤、發動機罩、變速箱和發動機安裝支架，并開始商業應用。

 

（圖7-5 韓國浦項采用鑄軋鎂合金板材開發的汽車零部件）

 

韓國開發了許多其他鎂制品，并得到了廣泛的應用，其中包括高速韓國列車（KTX）的座椅框架和厚板、大型工業機器人手臂框架、自行車框架和LED 散熱器。大慶科技（DaegunTech）和韓國鎂技術研究協會（KMTRA）的研究人員，正在開發鎂合金添加劑制造技術，用于骨合成或支架的植入物，在愈合過程后不需通過額外的手術移除。大慶科技開發了一款3D打印機，專門用于鎂添加劑的制造，旨在提高生產速度和后續工藝安全性，同時提供防爆設計。雖然韓國的鎂工業在不斷發展，但由于電子工業的變化，鎂工業最近有些停滯不前。據預測，由于積極研究開發新的合金，應用先進的加工技術和鎂產品，韓國鎂市場在未來將繼續增長。

 

（五）其他國家

 

挪威、以色列、烏克蘭、意大利、瑞士、澳大利亞、瑞典等也在鎂及合金的開發應用方面做了大量的工作，并取得了不少的成果。從世界鎂產業發展歷程可以看出，鎂合金以其巨大技術和經濟優勢，正在廣闊的領域中不斷得到開發和應用。世界發達國家和地區鎂產業的發展大多基于以豐富的鎂資源和先進的加工裝備為依托，以先進的科技為支撐，以政府、企業、科研部門的大力配合為保障。此外，英國、美國、德國、澳大利亞和加拿大還在鎂基生物材料領域開始布局，并取得重要進展。

 

三、鎂合金產業的國內發展現狀

 

（一）鎂及鎂合金產業發展現狀

 

鎂合金作為最輕的金屬結構材料，在航空、航天、汽車、高鐵、通信等領域有著巨大的應用潛力，成為最具發展前景的金屬結構材料之一。中國是鎂資源大國，擁有大量的鎂礦資源和含鎂鹽湖資源。2003年以來，我國已連續18年成為世界上最大的原鎂生產國與出口國。大力推進鎂合金工業化應用，不僅是結構材料輕量化、保護環境的重要舉措，也是充分利用我國豐富的資源、緩解對鐵鋁礦資源進口依賴的重要舉措，特別是在復雜多變的國際形勢下具有極其重要的戰略意義。

 

據中國有色金屬工業協會統計，2019年我國原鎂產量96.9萬噸，同比增長12.2%。目前，全球原鎂約有45%用于生產鎂合金，70%用于汽車行業，20%用于3C電子產品，10%用于軍工等領域。如圖7-6所示，2019年我國出口原鎂和鎂制品45.16萬噸，出口量占全球總產量的53%。鎂合金深加工產品以壓鑄方式為主，但存在一定局限性，制約了鎂合金應用的大規模擴展。變形鎂合金產品需進一步從加工技術到應用技術進行攻關。

 

自2000年起，我國政府、科技界和企業界開始高度重視鎂產業發展：以師昌緒為代表的五位院士發表了“加速中國金屬鎂工業發展的建議”；國家科技部、工信部、發改委等在鎂合金應用開發及產業化方面進行了總體戰略部署，初步建立了鎂合金技術研發到產業化的技術研發體系，突破了一批前沿核心技術和產業化關鍵技術，在全國建立了一批產業化示范基地。全國很多省市，特別是中西部地區，積極爭取國家支持，以占領金屬鎂工業高地，并形成新的經濟增長點及支柱產業。

 

 

1. 原鎂產能趨于集中

 

陜西、山西和寧夏三省區的皮江法煉鎂以及青海的電解煉鎂被列為各自省區的優先發展產業，許多企業都進行了資產重組，以爭取把鎂產業做大做強，大力降低能耗和減輕環境污染。青海省則以西部大開發為契機，成立了青海鹽湖鎂業有限公司，在青海民和鎂廠自主開發的鉀光鹵石煉鎂技術基礎上，大力引進挪威和加拿大的電解煉鎂技術和成套裝備，綜合開發利用青海的優質鹽湖資源，正在全力打造全球最大電解原鎂生產基地。豎罐煉鎂等原鎂冶煉新技術得到長足發展，生產效率和節能降耗水平逐步提升。

 

上述以原鎂生產為主省區的許多骨干企業利用已有的資本積累和原鎂優勢，紛紛向下游延伸，生產鎂合金錠塊和錠坯，甚至投資建設和生產鎂合金壓鑄和變形產品。其中最具代表性的是山西聞喜銀光鎂業集團，已基本建成鎂生產和加工的綜合型企業；金屬鎂規?；a的典型企業南京云海也通過引入寶鋼金屬的戰略投資，開始在鎂合金深加工領域進行布局；榆林地區已開始成立鎂深加工企業，逐步向下游發展。

 

2. 合金產業發展加速

 

近年來在國家科技部和工信部的大力推動下，鎂合金產業發展迅速，以壓鑄件為例，產量年均增長20% 以上，并吸引了以美國、加拿大、日本等國家和地區的世界鎂加工一流企業到國內投資辦廠，在一些地區已形成了不同產品種類和規模的鎂合金產業群體，中國鎂世界制造工廠的地位已基本成形。目前已形成以珠江三角洲、長江三角洲地區、華北地區、環渤海地區、重慶地區等為代表的鎂合金產業群體。

 

在珠江三角洲一帶集中了一批臺資和港資鎂合金壓鑄生產企業和設備供應商，如：臺資企業富士康、港資企業嘉瑞/力勁等，以生產計算機、通信和消費類電子產品部件為主的富士康已成為全球最大的3C鎂合金供應商。深圳力勁生產的系列鎂合金專用壓鑄機以及輔助裝備，在國內外多次招標中多次擊敗許多國外著名的壓鑄機生產公司，現已成為國內鎂合金壓鑄的首選機型，市場占有率已達到70%以上。

 

長江三角洲地區主要分布在上海、江蘇、浙江等地，其中上海鎂鎂壓鑄廠，主要生產汽車和摩托車用鎂合金壓鑄件，產品主要供給通用汽車，已成為中國最大的鎂汽車零部件供應企業。臺灣敬得是臺灣地區鎂合金壓鑄件生產資深企業，在太倉建立了敬得科技公司，主要生產3C鎂合金產品和汽車、手動工具零部件。浙江萬豐新材料科技收購了加拿大鎂瑞丁公司的鎂合金壓鑄業務，在浙江新昌開始大規模生產鎂合金汽車零部件，主要供給奔馳、寶馬和奧迪等汽車品牌。浙江泰普森集團專注于鎂合金在休閑產品上的批量應用，產品銷往歐洲和美國。

 

華北地區、環渤海地區還有瞄準變形鎂合金市場的企業群體，重點開展變形鎂合金板材軋制、型材擠壓和鍛件加工。華北地區以山西銀光華盛鎂業、北京廣靈精華、西部鈦業、焦作高招鎂業、河南德威等為代表，主要進行鎂合金板型材和鎂輪轂等產品加工。環渤海地區的國營企業主要是東北輕合金有限公司，主要進行鎂合金型材的加工。上述兩家企業的產品主要供應給軍工應用。民營企業主要有遼寧中旺鋁業公司、山東叢林公司、山東華盛榮等。

 

重慶地區的鎂產業由于地方政府的大力支持，企業和院校的積極參與，走出了一條政、產、學、研、用通力合作的成功道路，不但形成了完整的設備制造、材料制備、產品加工、廢料回收完整的產業鏈，而且研發、裝備、加工、應用等方面長期處于國內前列。重慶目前有重慶長安、博奧鎂鋁、仟和鎂業、昱華新材料等三十多家企業在研究、生產、加工、應用鎂合金產品，鎂合金汽車零部件、紡織機械鎂合金產品等在行業中影響很大，且石油鉆采等新型鎂合金發展十分迅速。

 

3. 社會各方日益關注

 

以重慶大學、上海交通大學等一批院校為代表，在鎂合金熔鑄、新材料、塑性加工、表面處理及回收再生等方面展開系統而深入的研究，在鎂合金設計理論、鑄造和塑性加工新技術、產品開發與應用等多方面均取得了豐富成果，為中國鎂合金開發應用奠定了堅實的理論和技術基礎。在已有鎂合金研發機構的影響與輻射帶動下，有色金屬、稀有金屬、礦業、能源、交通等領域中與鎂合金產業具有一定關聯性的實力企業和研究機構逐步進入鎂合金行業，在原鎂、合金錠、鎂合金塑性成型等深加工產品及其應用等方面開始深度介入。特別是國家科技部重點研發項目以及中國工程院戰略咨詢項目的逐一啟動和順利開展，必將進一步推動鎂合金產業的分工和產業布局調整，進一步加快我國鎂合金行業的做大做強和健康發展。

 

4. 形成了若干產業基地

 

經過近幾年的穩步發展，2016年以來，我國國內的鎂消費量和鎂合金應用總量已超過國外水平。全國已形成若干區域性的鎂及鎂合金產業基地，鎂及鎂合金深加工企業超過100家。陜西、山西和寧夏等西北地區以原鎂為主，其中陜西地區原鎂產量超過50萬噸，寧夏地區原鎂產量超過18萬噸，山西地區原鎂產量超過15萬噸。山西省鎂產業正逐漸向下游深加工發展，尤其是山西的塑性變形加工具有顯著特色；青海地區以青海鹽湖鎂業為代表，以電解鎂為主；長江三角洲地區和珠江三角洲地區以鑄造加工和鎂合金裝備為主；山東和環渤海地區擁有大型加工裝備，正在發展大尺寸變形產品；河南地區主要以鎂粉和部分鑄造和變形深加工為主；重慶地區已建成了全國領先的國家鎂合金高新技術產業基地，包括鎂合金汽車產品壓鑄、變形產品和熔鑄裝備等，其中鎂合金汽車零部件產量居世界前列。

 

重慶基地以鎂合金在汽車、摩托車、電子通信等產品上的應用為主要目標，形成了以重慶大學國家鎂中心、重慶博奧鎂鋁、重慶昱華等為核心的產、學、研、用群體，注重團隊協作和產業鏈整合。重慶市鎂合金研發在全國處于領先地位，擁有世界最大的鎂合金研發團隊。

 

山東基地以山東華盛榮、山東嘉泰和青島四方車輛為代表，主要從事鎂合金擠壓產品生產、座椅骨架鑄造、鎂合金在軌道交通上的應用等。華東基地以上海交通大學、上海鎂鎂、浙江萬豐新材料、浙江泰普森、大眾、通用、奇瑞等為代表，主要從事鎂合金汽車零部件、鎂合金薄壁電子產品等技術的研究開發。

 

華南基地主要以嘉瑞控股、廣州鎂業、力勁公司為代表，主要生產計算機、汽車、自行車等鎂合金零部件和成套裝備。

 

陜西和山西基地的鎂工業以原鎂和鎂錠為主，礦產資源豐富、能源及冶煉成本低。普遍采用皮江法煉鎂工藝，皮江法煉鎂設備相對落后，工人勞動強度大，且污染嚴重，已開發成功豎罐煉鎂新技術，生產效率大幅度提高。山西的代表性企業是銀光華盛鎂業和五臺云海鎂業。

 

河南地區依托河南省雄厚的輕金屬研發和應用基礎，擁有國家鎂及鎂合金產品質檢中心和中鋁鄭州輕金屬研究院，成立了河南鎂業集團、萬德芙、明鎂科技、地恩地等代表性企業，主要以鎂粉以及部分鑄造和變形深加工為主。

 

青?；氐暮诵钠髽I是青海鹽湖鎂業，利用青海格爾木地區豐富的鹽湖鹵水資源，大力發展電解原鎂，經過多年建設，已建成年產10萬噸原鎂生產線，已開始試生產。重點企業及產品見表7-1。

 

 

（二）工程化產業布局與平臺建設

 

1. 工程化產業布局

 

近十年來在國家及地方政府的大力支持引導下，組織實施了一系列研究開發計劃和示范工程建設。目前我國鎂產業已初步形成了從原材料生產、深加工一直到應用的完整產業鏈，并正不斷向深加工方向縱深發展。

 

2019年10月30日，國家發改委發布了《產業結構調整指導目錄》（2019 年版），新版目錄中有三處直接涉及鎂。一是在鼓勵類有色金屬項目中，將“高性能鎂合金及其制品”首次列入新材料產業。在國家層面做出了明確的政策導向，鼓勵多樣化鎂合金材料開發及其鑄造、擠壓、軋制、鍛造等加工制造，培育新材料產業鏈。二是在鼓勵類汽車項目中，將“鎂合金”列入輕量化材料應用領域，予以鼓勵，認同了鎂合金在汽車輕量化中的重要作用和發展潛力。三是繼續將鎂冶煉項目列入限制類的同時，增加了新的表述，即允許或鼓勵先進節能環保工藝的技術改造鎂冶煉項目，為鼓勵鎂冶煉工藝創新打開了政策通道。此外，《產業結構調整指導目錄》中的其他部分也有涉及鎂及鎂合金項目的內容，比如軌道車輛車內裝飾材料輕量化應用，航空航天用新型材料開發生產，機械裝備輕量化材料開發和輕量化技術，新型能源材料、3D打印用高端金屬粉末材料、儲氫材料、生物醫用材料，汽車、能源裝備、軌道交通裝備、航空航天、軍工、海洋工程裝備關鍵鑄件、鍛件等。

 

鎂合金輪轂和鎂合金擠壓材被列入新版《 重點新材料首批次應用示范指導目錄》。工信部發布的《重點新材料首批次應用示范指導目錄》（2019 年版），自2020年1月1日起施行。新版《重點新材料首批次應用示范指導目錄》包括了兩種鎂合金材料，即“鎂合金輪轂”和“非稀土高性能鎂合金擠壓材（應用于汽車、軌道交通、航空航天，也包括鎂合金棒材）”。將“鎂合金輪轂”和“非稀土高性能鎂合金擠壓材”列入重點新材料，符合當前鎂合金市場開發的方向和趨勢。當前，鎂合金輪轂和擠壓材正處在產業化應用的關鍵階段，將是鎂合金應用的亮點和市場規?；闹匾黄瓶?。此項政策將為鎂行業積極拓展新應用領域提供導向支持和重要保障。

 

中國有色金屬工業協會鎂業分會出具的《關于府谷鎂冶煉配氣工序的行業意見》顯示，府谷縣金屬鎂冶煉企業采用低階煤高溫熱解工藝，把煤炭分級分質利用多聯產理念納入鎂冶煉環節，將“低階煤高溫熱解”后生產的煤氣作為燃料生產金屬鎂，建立了鎂冶煉資源綜合利用型的循環經濟產業鏈。按照噸鎂消耗的能源測算，噸鎂生產需匹配的煤氣量為15000～18000m³，噸鎂綜合能耗可控制在4.5t標煤以下。這將有利于鎂冶煉水平的規范和提升，有利于鎂產業綠色發展、可持續發展。

 

據河南省投資項目在線審批監管平臺消息，鶴壁“中國‘鎂谷’輕量化高端制造產業園”項目審批結果顯示“已備案”。項目估算總投資57000萬元，計劃2023年10月完工，規劃有擠壓型材、壓鑄以及鍛造輪轂等項目。目前，一批鎂產業重點項目正在有序推進：捷美特公司年產2萬噸高強鎂合金特種材料、萬德芙年產2萬噸高性能鎂合金材料生產加工等3個鎂產業重點項目和鎂精深加工產業。

 

2. 平臺建設

 

經過近20年的發展和建設，我國已在鎂合金領域形成了若干國家級研發和檢測平臺，以及牽頭和參與多個國際化學術、技術和標準組織和平臺，凸顯出了我國鎂合金領域在國際上的領先地位（表7-2）。

 

 

（三）市場需求與應用前景

 

1. 鎂合金在汽車領域的應用

 

近十年來，我國汽車保有量穩步增加，消耗石油占到整個石油消費總量的59%。我國汽車輕量化效果較低，汽車平均百公里油耗遠高于國外發達國家，對環境帶來極大壓力。

 

與鋼鐵和鋁相比，使用鎂合金零部件產生的輕量化效果更加顯著。每使用1kg 鎂，可使轎車壽命期減少30kg尾氣排放。目前，北美汽車生產廠家每輛汽車用鎂量為1.5～3.5kg，某些車型已超過20kg。根據我國汽車輕量化路線圖，到2020年、2025年和2030年，單車用鎂合金要分別達到15kg、25kg和45kg。以2025年生產3500萬輛、單車消耗25kg鎂合金測算，需求量為87.5萬噸。以2030年單車用量45kg計算，則需要172萬噸。2019年，我國生產純電汽車130萬輛，小型乘用車2500萬輛，如果僅把每輛車的覆蓋件改為65kg的鎂合金板材，就需要203萬噸。長春一汽、上汽大眾、重慶長安汽車等車企都已開始批量使用鎂合金。展望未來，汽車用鎂合金用量或將迎來井噴式增長。

 

國外對鎂合金在汽車上的應用十分重視, 很早就出臺了推動鎂合金在汽車上應用的中長期計劃。為了加速鎂合金在汽車上的應用，美國通用汽車已和重慶大學、上海交通大學等單位進行了10年以上的技術合作。

 

我國也高度重視鎂合金在汽車上的應用。自2000年起，國家科技部、發改委、工信部等部門分別安排了“交通工具用鎂合金零部件生產及應用共性關鍵技術研究開發及產業化”“高性能鎂合金的研制和應用”等一批國家和省部級項目，在新型高強度鎂合金材料、鎂合金壓鑄技術、鎂合金軋制和擠壓加工技術、鎂合金連接技術等方面取得了重要進展，為鎂合金材料的進一步應用打下了堅實的基礎。開發了50多款鎂合金汽車零部件，如方向盤芯骨、電器支架、后窗框、門內框、輔助轉動支架等，并已實現累計裝車超過5000萬輛，取得了較好的經濟效益和社會效益。

 

因此，在汽車、摩托車等交通工具領域，鎂合金充分展示出質輕、減振性能優良的特點，已在以發動機和變速箱為代表的動力傳動系統，以副車架、輪轂、懸架、轉向器為代表的行駛轉向系統，以車身、車門、前后艙體、儀表板支架、座椅骨架、中控支架為代表的車體及內裝系統等形成了規?；瘧?。根據我國最新的汽車輕量化路線圖，未來鎂合金在汽車上的應用量將超過100kg/臺。

 

2. 鎂合金在軌道交通裝備上的應用

 

我國軌道交通發展迅猛，由于能源緊張和對節能減排、安全舒適的更高要求，軌道交通裝備輕量化已成為軌道交通發展的重要課題。很多新建的軌道交通列車裝備開始大面積使用鋁合金等輕量化材料，產生了巨大的經濟效益和社會效益。鎂合金由于具有更高的比強度和比剛度、更好的減振降噪效果、更優異的電磁屏蔽效果，已在部分軌道交通內飾件和連接件上得到初步的規模應用。

 

新建的和即將更新換代的軌道交通裝備是鎂合金材料及制品的潛在應用對象，以長春軌道客車廠和唐山軌道客車廠等為代表的我國軌道交通列車年產量近幾年均在3000輛左右，產值將超過1200億元人民幣。山西銀光華盛鎂業等鎂合金加工企業的鎂制品已在100余條地鐵、400余條高鐵線路上得到了應用，使得整車車身得以減重，很大程度上提高了列車的動力，降低能耗。隨著軌道交通的快速發展和鎂合金材料制備與加工技術的進步，具有優異性能的鎂合金材料及制品必將在軌道交通裝備上獲得更加廣泛的應用。

 

3. 鎂合金在電動自行車上的應用

 

全國的電動自行車保有量已經超過了2.3億輛，年產量一直保持在2000萬輛以上。但是，80%以上的電動自行車目前都屬于超標產品（重量及最高速度）。按照現行的國家標準，電動自行車最高車速應不大于20km/h，整車質量（重量）應不大于40kg。對增加了電池的電動自行車來說，輕量化是一個很重要的選擇，在整車減重上有明顯效果后，將會使一次充電后行駛距離進一步延長。鎂合金減振性好，舒適度高；散熱性好，可降低剎車系統溫度，延長剎車輪轂使用壽命，較輕的鎂合金輪轂有利于改善加速與剎車性能。

 

目前，天津、河北、浙江、山西、山東等已經有很多企業生產鎂合金自行車和電動自行車部件。除了車架、支梯、泥板、支棍等鎂合金車體部件外，鎂合金輪轂的應用更是加大了單車鎂合金的用量。如果有50%的電動自行車每輛使用5kg的鎂合金，一年將會新增80000噸的鎂合金市場。

 

4. 鎂合金在LED照明燈具上的應用

 

LED被公認為當前最具發展前景的第四代綠色光源。盡管鎂合金的熱導率比鋁差，但鎂合金零部件的散熱效果卻高于鋁合金，這為鎂合金在散熱要求較高的LED行業推廣應用提供了非常好的機會。

 

鎂合金應用于LED照明領域的部件主要是路燈殼體及燈架、燈管型材、筒燈殼體、球泡燈殼體、隧道燈殼體以及LED散熱模組等。包括鎂合金壓鑄件和型材，表面處理采用氟碳噴涂、噴塑和陽極氧化。據初步估計，2020年鎂合金在LED行業的應用量將達到2萬噸。

 

5. 鎂合金在3C產品領域的應用

 

鎂合金已在筆記本電腦外殼領域得到廣泛應用，目前惠普、戴爾、聯想等主流品牌均大量使用，而且應用量正在呈上升趨勢。采用鎂合金擠壓板材進行CNC機加工3C產品外殼，可以獲得更好的力學性能和外觀質量，因此，微軟公司平板電腦外殼幾乎都采用鎂合金擠壓板材，僅2017年的采購量就在1.5萬噸左右。應用鎂合金的3C產品還包括投影儀、數碼相機、網絡通信設備、視聽設備等。

 

6. 鎂合金在航空航天和軍工關鍵裝備上的應用

 

具有質輕、比強度高、比剛度高、阻尼減振、電磁屏蔽以及鑄造、切削加工性能優異和易回收等優點的鎂合金材料在大飛機、載人航天、探月工程等國家重大工程和軍事領域的輕量化和減重方面發揮著越來越關鍵的作用，日益受到重視、應用面逐漸擴大。

 

飛機結構中除了內部支架框架以外，蒙皮、地板、艙板等最適合使用寬幅鎂合金薄板。有試驗結果表明，飛機減重1磅A所帶來的經濟效益，商用機為300美元，戰斗機為3000美元，航天器為30000美元，綜合減重效果比鋁合金高出25%～35%。歐洲空客公司早在20世紀就開發了鎂合金板，比使用鋁合金減重十數噸。我國的西飛、成飛很早就在機體內使用了鎂合金鍛件、鑄件和板材。高性能鎂合金在航空航天和軍工關鍵裝備等領域應用潛力十分巨大。隨著高性能鎂合金的發展，鎂合金在飛機發動機附件機匣、進氣機匣、反推力葉柵，直升機傳動系統機匣，導彈艙體、導彈彈翼、衛星艙體、戰斗機駕駛艙框架，月球車機械臂，戰車發動機部件、輪轂、框架，衛星部件，坦克零部件等領域的應用潛力將逐步釋放。

 

7. 石油鉆采領域的應用需求

 

鎂合金由于具有低電極電位而容易腐蝕，通過在鎂合金中添加Cu或Ni元素進一步提高其降解速率，同時獲得高強度和高降解速率，對多級分段壓裂技術的發展有重要應用價值，在油氣開采領域具有巨大的應用前景，預計未來的需求規模將超過每年20億元。

 

8. 儲能材料領域的應用需求

 

鎂基儲能材料主要包括鎂基儲氫材料和鎂電池。鎂及其合金可與氫形成Mg-H化合物，例如Mg?Ni、Mg?Cu、Mg(BH4)2等鎂基儲氫材料，穩定儲氫量質量分數在2%～15%，且具有較好的吸放氫動力學，部分體系非常接近燃料電池中質子交換膜的工作溫度（約80℃），為未來規?；瘧么蛳铝嘶A。鎂電池的應用將是電池工業的顛覆性革命，市場容量將超萬億美元。

 

9. 鎂合金在其他領域的應用

 

鎂合金在紡織機械領域的用量穩步上升，已累計裝機超過1000萬架，紡織斷線率下降超過60%，充分發揮了鎂合金減振性能優勢。例如，鎂合金用于紡織機械的賈卡底座零部件已實現了規?；瘧?，產品遠銷法國、日本、韓國等國家，取得了良好的社會和經濟效益。

 

在智能裝備領域，鎂合金因其質輕減振優勢，可顯著改善裝備精度和延長使用壽命，展現出巨大的市場空間。鎂合金因其化學性質相對活潑，將被進一步廣泛應用于犧牲陽極、電池陽極等。

 

四、發展我國鎂合金產業的主要任務及存在的主要問題

 

（一）主要任務

 

1. 青海鹽湖電解鎂

 

青海鹽湖電解鎂總體上屬于綠色產品，碳排放水平很低。通過鹽湖電解原鎂生產工藝優化改進和關鍵技術創新，提高電解原鎂產品質量，特別是降低雜質鎳和鐵含量分別至5ppm（1ppm=10-6）以下和20～30ppm，以更好地滿足市場需求，增強電解鎂產品競爭力。

 

2. 高性能鎂合金結構材料

 

高性能鑄造鎂合金：以低成本為控制目標，發展高強度鑄造鎂合金、高塑性鑄造鎂合金和高性能耐熱鎂合金，其主要力學性能達到現有同類商用鋁合金的水平，以滿足汽車、航空航天等重要領域的更加廣泛的市場需要。

 

超高強變形鎂合金：以稀土鎂合金為主要體系，開發抗拉強度超過600MPa伸長率大于5%、抗拉強度500～550MPa伸長率大于10%、抗拉強度400～ 450MPa伸長率大于20%的系列超高強高塑性變形鎂合金。

 

低成本高強度鎂合金：以低無稀土鎂合金為主要體系，強調低成本元素的綜合使用，開發抗拉強度400～450MPa伸長率8%～20%、抗拉強度350～400MPa 伸長率20%～30%的高強度高塑性鎂合金。

 

高成型性變形鎂合金：以提高變形鎂合金成型性為主要目標，兼顧產品室溫塑性，發展高成型性新型鎂合金和高塑性鎂合金。高成型性鎂合金棒材和型材擠壓速度30～40m/min ；板材的室溫杯突值大于10.0mm ；高塑性鎂合金的抗拉強度大于300MPa室溫伸長率超過50%。

 

超輕高強變形鎂合金：以鎂鋰合金為重點，開發密度小于1.60g/cm³的系列超輕高強變形鎂合金，抗拉強度大于300MPa伸長率超過20%，同時具備良好成型性。

 

高耐蝕鎂合金：通過深度純凈化、單相鎂基體、表層耐蝕膜層，發展高耐蝕鎂合金，耐蝕鎂合金基體電極電位達到-1.0V以上，腐蝕速率與6系鋁合金相當，復合氧化膜鎂合金電極電位0V以上。

 

大規格鎂合金坯料制備技術：發展高效半連續鑄造技術與裝備，開發高質量大規格鎂合金坯料，板坯用扁錠1200～1600mm寬、300～500mm厚，鑄棒直徑500～800mm，符合一級探傷要求。

 

3. 高性能鎂基功能材料

 

高強高阻尼鎂合金：從固溶元素和第二相入手，突破高強度和高阻尼性能協同瓶頸，發展兼具高強度和高阻尼的新型鎂合金材料，抗拉強度大于350MPa、比阻尼系數（SDC）超過40%。

 

生物醫用鎂合金：以鎂合金植入物可控降解為目標，基于生物安全性和相容性，發展新型醫用鎂合金成分設計、組織調控和先進制備加工技術，發展面向多種用途場景的新型醫用鎂合金材料和表面改性技術。新型醫用鎂合金室溫抗拉強度≥ 300MPa，屈服強度≥220MPa，伸長率≥20%，有害雜質總量≤500ppm。人工血漿中均勻降解速率≤0.3mm/年、90天強度下降≤20%、180天強度下降≤50%，細胞毒性1級。

 

鎂基儲能合金：面向氫能和電池需求，研究鎂基儲氫材料的成分設計和新型吸放氫原理與方法，形成鎂基儲氫材料數據庫，高效制備具有高儲氫密度、低操作溫度、可控放氫、長循環壽命的新型鎂基儲氫材料，以及高效高能量密度鎂基材料儲氫系統。發展低電位的鎂電池陽極合金。

 

電磁屏蔽鎂合金：研究合金元素、加工工藝與電磁屏蔽性能之間的關系，發展中等強度電磁屏蔽鎂合金，抗拉強度320～360MPa，磁屏蔽效能85～100dB（頻率范圍<1.5GHz，試樣厚度2mm）。

 

4. 鎂基復合材料

 

陶瓷增強鎂基復合材料：以氧化物、陶瓷增強體和變形鎂合金的復合為對象，研究增強體、合金成分與制備加工工藝之間的關系，破解高模量鎂合金“卡脖子”難題，發展高彈性模量的高性能鎂基復合材料。

 

碳增強鎂基復合材料：以碳纖維、碳納米管、石墨烯等為增強體，研究新型增強體和合金元素與工藝之間的關系，發展高強度鎂基復合材料。

 

金屬顆粒增強鎂基復合材料：以鈦、鋯等高熔點金屬顆粒為增強體，研究新型金屬顆粒和鎂基體以及制備工藝之間的關系，發展高強高韌鎂基復合材料。

 

5. 鎂合金工程化技術

 

低成本高品質鎂冶煉技術：以固- 液反應、無硅鐵還原、碳熱還原、豎罐冶煉等為重點，研究低成本原鎂冶煉新技術，構建固-液熱還原制鎂新方法的理論和技術基礎，開辟金屬鎂高效率、低成本制備新途徑和新方法。

 

高品質鎂熔體質量控制技術與裝備：以低成本液相自純化技術、反重力多級過濾技術等為重點，發展除雜除渣新技術與新工藝，使純凈化成本降低50%以上，熔體質量大幅度提高。

 

大型、復雜鎂合金鑄件生產技術與裝備：航空航天領域的大型復雜構件屬于我國的“卡脖子”難題，為此需要研究大型復雜鑄件等極端鎂合金產品的高效鑄造生產新工藝新技術，發展自動化程度高的成套新裝備和鎂合金真空壓鑄系統。

 

鎂合金板材加工技術及裝備：以提高板材熱成型性、控制邊裂和表面質量為重點，研究寬幅板材熱處理制度、軋制工藝、基面織構調控工藝，發展高成型性寬幅板材先進加工技術與裝備，突破寬幅鎂合金板材熱成型“卡脖子”問題。以擠壓開坯、薄帶鑄軋、包鋁軋制等為重點，研究加工工藝與組織、性能之間的關系，發展低成本加工新技術新裝備。

 

鎂合金型材加工技術及裝備：以提高擠壓成型性、控制表面質量等為重點，研究型材擠壓工藝、熱處理制度和矯直工藝，發展高質量低成本型材先進加工技術與裝備。

 

鎂合金先進鍛造成型技術與裝備：以提高鍛造成型性、改善鍛件質量、降低成本等為重點，突破高強韌鎂合金成型“卡脖子”難題，研究鍛造構件產品的工藝、組織與性能的關系，發展適合不同合金的系列高效鍛造新技術與裝備。

 

鎂合金先進表面防護與連接技術及裝備：以解決現有鎂合金涂層材料體系少，涂層硬度不高極易劃傷、涂層附著力差的難題，開發新型結構功能一體化的涂層材料體系，發展高效可靠的新型涂層制備方法；發展以攪拌摩擦焊為代表的連接新技術與新裝備。

 

6. 標準、數據庫與設計平臺

 

建立具有我國鎂產業特色的材料與產品完整標準體系。建立具有國際水平、能滿足鎂合金研發和應用的世界上最大的數據平臺。建立把材料研發、材料與產品加工、產品開發與應用等一體化、縮短產品開發周期并且能充分發揮鎂合金性能潛力的現代化產品設計開發平臺。

 

（二）存在的主要問題

 

1. 技術創新能力總體不足

 

國家和企業對鎂行業的總體研發投入還有待加強。高等院校和科研院所的強大研發能力與企業創新能力缺乏存在脫節。主要鎂企業在基礎共性關鍵技術、精深加工技術和應用技術研發投入不足，沒有形成系統的完備的研發能力和體系，導致鎂產品普遍存在質量穩定性差和成本高等問題，導致企業無法有效對接新的市場機遇，也無法創造新的發展。

 

2. 產業結構矛盾依然突出

 

很多原鎂企業不愿在深加工領域進行投入，盡管國內用鎂量和鎂合金消費量呈上升趨勢，但用于結構件特別是大型結構件應用的鎂合金比重仍然較低，原鎂產能過剩與部分品種及高端深加工產品短缺依然并存。國內鎂行業缺乏大型國企，盡管寶鋼已入股南京云海，開始進入鎂及鎂合金產業，但鎂產業總體上缺乏競爭力，產業集中度低，企業總體實力偏弱，缺乏旗艦企業。

 

3. 環保壓力加大與市場需求下降的矛盾加劇

 

隨著環保標準不斷提高，原鎂企業因較為突出的CO?排放和粉塵控制而面臨的環保壓力不斷加大，企業總體成本上升，但受新冠疫情影響和出口限制，鎂及鎂合金的市場需求有所下降。

 

4. 新型加工工藝與裝備發展滯后，部分領域“卡脖子”現象突出

 

鎂合金是工程應用的最輕金屬結構材料，但與鋁合金相比，目前鎂合金產量還不足鋁合金的10%。鎂合金材料加工，特別是變形鎂合金材料加工，仍然沿用鋁合金或鋼鐵的加工方式和裝備，很大程度上導致變形鎂合金存在基面織構強、成型性差、加工效率低等瓶頸問題，迫切需要發展符合鎂合金材料特性的新型高效變形加工工藝和具有鎂合金特色的成套裝備。需要大力解決航空航天大型復雜鎂合金鑄件精密成型技術等“卡脖子”難題。

 

5. 原鎂生產新技術發展緩慢

 

鎂需求的穩步增長，對鎂冶煉提出越來越高的要求。目前鎂冶煉存在機械化、自動化、規?；狡?，生產效率偏低等問題。我國原鎂冶煉工藝基本上采用固固反應的皮江法，該法技術較為成熟、建設成本較低，但因還原動力學過程的固有限制，導致其還原周期長、生產效率低，資源、能源利用不充分。大多數采用較為落后的橫罐還原冶煉，相對較好的豎罐還原推廣較慢。

 

碳熱還原煉鎂仍然停留在實驗室階段，距離工業生產還有很多工作需要開展。青海鹽湖電解鎂生產線已開始投產試運行，但全面達產和穩定產品質量仍是下一步重點工作。

 

6. 鎂合金材料牌號和種類少

 

與鋼和鋁相比，鎂合金的牌號和合金種類較少，成分設計、制備加工等技術體系有待進一步完善。鎂合金是密排六方結構，可動滑移系少且空間分布不對稱，目前還缺乏有效的強化相，提高塑性的技術途徑尚不夠明確，導致高強鎂合金和高塑性鎂合金種類較少。

 

7. 鎂合金加工技術較為薄弱

 

近年來，鑄造鎂合金得到愈加廣泛的應用，隨之對鎂合金熔體質量的要求逐漸提高，實現鎂合金鑄錠或鑄件的“純凈化、均勻化、大尺寸、細晶化”仍是未來鑄造鎂合金的發展重點。

 

變形鎂合金熱加工溫度區間窄，熱加工溫度窗口較窄，導致加工成本較高。同時，擠壓過程中錠坯沿長度方向和橫截面方向的塑性流動不均勻而導致組織與性能不均勻，特別是擠壓比較大或斷面復雜的構件，這種現象更為突出。寬幅板型材是變形鎂合金推廣應用的關鍵壁壘。

 

在鎂合金加工裝備方面，國產熔鑄裝備品種和數量少，市場占有率低，裝備性能不能完全滿足鑄造鎂合金發展要求。塑性加工裝備雖然在原有鋁合金成套裝備上進行整改優化，但仍然不能很好滿足鎂合金塑性加工要求。

 

8. 鎂合金應用領域受限

 

雖然鎂合金應用量逐年增加，但總體規模與鋁和鋼相比仍然較小。當前，純鎂的應用領域很大一部分在鋁合金和鋼鐵冶煉。鎂合金的應用領域主要用作汽車、3C 和航空航天等領域的非主承力構件。同時，鎂合金材料與產品結構的一體化設計有待加強、相關應用的規范和標準體系缺失，在一定程度上限制了鎂合金進一步擴大應用。

 

五、推動我國鎂合金產業發展的對策和建議

 

（一）強化頂層設計，加快制定國家鎂發展戰略我國是鎂資源大國，也是鎂及鎂合金生產大國。

 

鎂是我國唯一具有國際話語權的金屬材 料品種。目前，我國鎂行業規劃缺乏國家戰略支撐，沒有從國家資源能源戰略高度和國際競 爭角度來審視鎂的重要地位。金屬鎂的研發和產業化推進缺乏來自國家層面的有效協調和科學組織，產業聯盟缺失，行業標準不完善，沒有多層次高水平的行業服務平臺，缺少領軍企業。

 

為打破技術開發和推廣應用瓶頸，加快鎂合金材料在各領域的大規模應用，從而為制造 業減重、更好實現節能減排，從國家層面加強頂層設計非常重要。建議國家相關部門制定國家鎂發展戰略，以原鎂冶煉、加工聚集區為重點，按區域籌建多個各具特色的國家級鎂產業協同創新示范基地，輔以政策支持、資金保障等配套措施，科學制定各區域的發展路線圖。

 

（二）出臺政策法規，加強引導我國鎂產業健康快速發展鎂產量在10種常用有色金屬中排行第五，屬較大的有色金屬品種。

 

與銅、鋁、鉛、鋅等大宗有色金屬品種相比，產量規模較小、只有百萬噸級，企業所有制結構單一，絕大部分為民營企業。鎂產品應用領域多，盡管當前金屬鎂下游加工應用開發起步較晚，但產業發展前景廣闊、深加工潛力巨大。

 

建議國家出臺相關政策鼓勵引導和吸引更多的企業，特別是國有大型企業在鎂行業加大 資金投入，擴大鎂合金行業整體規模。出臺相關優惠政策鼓勵相關行業使用鎂合金，如汽車 工業、摩托車工業、電動自行車工業和電子3C產業等，刺激鎂合金的消費，加快提高鎂合金的生產應用水平，促使我國鎂產業從以初級產品為主向高附加值的深加工產品為主轉變。

 

（三）建立國家級技術創新平臺，加強“卡脖子”環節鎂合金材料和產品的開發和設計。

 

近十年來，國內外鎂及鎂合金產品的開發應用和技術創新一直在迅速地向前發展，鎂合金產品由于其特有的性能特點而受到了各行業的廣泛關注，應用范圍越來越廣，用量也越來越大，傳統的新產品調研、設計、制造、檢驗、應用、銷售的實物開發生產周期已遠遠不能滿足鎂合金產品對市場快速響應的需求。因此，引入高科技的現代制造技術，強化鎂合金材料與產品應用的共性關鍵技術研發，縮短新材料和新產品的開發和制造周期、降低成本、提高產品質量，已成為鎂合金材料快速發展和產品大規模推廣應用的關鍵所在。建議建立鎂合金及其輕量化應用的國家技術創新中心，建立包括基礎數據庫、替換設計平臺和虛擬技術平臺在內的鎂合金設計制造產品開發平臺，從而集聚國內外優秀人才、集中國內外優勢資源，搭建世界領先的鎂合金產品開發和設計及生產應用技術開發公共服務平臺，為我國乃至世界鎂產業的可持續發展提供技術支撐。

 

（四）積極推進鎂合金的基礎研究鎂合金基礎科學問題研究的缺乏，已成為阻礙鎂合金廣泛應用的瓶頸。

 

鎂及鎂合金基礎 研究領域跟不上技術的發展，嚴重制約了鎂合金的進一步發展，導致其應用還只集中在特定的幾個領域。需要集中力量加強以下基礎研究：

 

1. 鎂合金相圖和材料基礎數據與鋼、鋁相比，鎂合金相圖研究嚴重滯后，缺少系統的 二元、三元和多元相圖研究，特別是多元變溫縱截面相圖研究嚴重缺失；此外，鎂合金的基礎數據中，還缺少二元、三元和多元系統的熱力學數據庫以及擴散系數、相變動力學數據庫。

 

2. 鎂合金強韌化機理研究鎂合金的絕對強度相對較低，極大地限制了鎂合金的應用。目前，鎂合金主要應用于汽車方向盤、中控支架、儀表盤支架、座椅骨架、電池包殼體等非主承力結構件，飛機上的應用也主要以機匣等殼體件為主。鎂合金強化機制認識的缺乏，導致提高鎂合金強度只能停留在晶粒細化、微合金化、復合材料強化等簡單工藝方面。因此，必須加強鎂合金強韌化機理的研究，突破新型強化機理和新型強化相，從而更有效地設計開發高強韌鎂合金。

 

3. 鎂合金塑性變形理論研究鎂合金的晶體結構空間對稱性較低，可動滑移系少，塑性較差，變形產品基面織構較強，導致變形鎂合金應用受到很大限制。十多年來，在國家和地方科技計劃持續支持下，重慶大學與相關單位通過產學研聯合開發，研制出了寬幅大型中空薄壁鎂合金型材和寬幅鎂合金板材，在世界上處于領先水平。山西銀光華盛鎂業聯合重慶大學建立了世界上第一條年產5000t以上鎂合金擠壓板材的生產線。但是這些鎂合金的塑性加工效率還無法與鋁合金相比，在成型技術領域還存在“卡脖子”問題，為了促使鎂合金塑性加工獲得更大的發展，擴大鎂合金的應用領域，提高鎂合金的附加值，必須加強鎂合金塑性變形理論研究。

 

4. 鎂合金腐蝕與防護研究鎂的電極電位低，化學性質活潑，導致鎂合金產品容易腐蝕，同時，表面氧化膜存在固有孔隙使侵蝕性介質直接與基體接觸，基體極易腐蝕而使保護涂層從內部被破壞，而失去保護作用，這已成為鎂合金零件失效的原因之一并阻礙鎂合金的進一步擴大應用。為此，一方面要加強鎂合金腐蝕機理研究，尋求提高鎂合金自身耐腐蝕性能的新原理新方法，另一方面應大力發展低成本表面處理技術與裝備，對鎂合金表面實施更加有效的防護處理。

 

（五）發展鎂合金產業技術、推動產品擴大應用。

 

1. 提高原鎂冶煉技術，增強企業競爭力經過多年發展，我國鎂冶煉技術工藝有了較大提升，如豎罐技術的應用和推廣，從能耗和產量來看都較橫罐有更大優勢，但面對新形勢、新要求，鎂冶煉技術工藝發展仍較為滯后，機械化、自動化水平還需提升，工況條件需更好地改善。

 

多年來，一些高等院校、科研院所在探索冶煉新技術、現有工藝技術提升等方面做了大量卓有成效的工作，但這些工作大多較為獨立，缺乏有效的聯合和協同。需要進一步加強行業引導和協調，整合行業資源和技術，有效提升行業機械化、自動化水平，增強競爭力，推動行業冶煉技術進步，適應時代發展新要求。同時，應借鑒其他行業先進技術和經驗，推動現有冶煉技術實現突破。

 

2. 加強重點產品研發，擴大市場應用鎂合金產品應用規?；擎V產業發展壯大的必要條件。進一步加強鎂合金材料及應用研發，加快科技成果向產品轉換。支持發展潛力大、帶動力強的重點產品首先突破。依據行業發展現狀和市場需求發展趨勢，鎂合金輪轂、大型構件、寬幅薄板和擠壓材是值得重點關注的產品。

 

3. 加強鎂基儲能材料等前沿新材料發展組織行業資源，加強鎂作為儲氫材料的研發為今后產業化準備。把開發氫能作為人類未來能源的重要發展方向之一已逐漸形成共識，金屬儲氫是安全且高效的方式，在儲氫合金中，鎂基儲氫合金被廣泛認為是最有發展前途的儲氫材料之一。鎂作為儲氫材料具有密度小、儲氫容量高、價格低廉、儲量豐富等顯著特點，關鍵技術一旦取得突破，金屬鎂極有希望成為未來主要的儲氫材料。鎂的潛在需求不可估量， 應組織行業力量加強研發，為鎂產業打開下一個規?；瘧梅较?。

 

鎂電池具有能量密度高、環境友好、安全性更高等優點，未來應用潛力十分巨大，若開發成功將是能源領域的顛覆式發展。

 

（六）加快推進鎂合金牌號和產品標準化。

 

目前，全世界的鋁合金的牌號有350余種，其熱處理狀態數量更加龐大，因此在應用鋁合金時有大量可供選擇的余地。而全世界的鎂合金牌號僅幾十種，其熱處理狀態更少，因此可供選用的鎂合金材料太少，在很大程度上阻礙了鎂的應用。2017年，全國有色金屬標準化技術委員會發布新的鎂合金國家標準牌號，重慶大學國家鎂合金材料工程技術研究中心等單位近幾年發展的40多種新型鎂合金已正式成為國家牌號合金，為今后鎂合金的發展和應用打下了很好的基礎。

 

另外，目前我國鎂合金標準體系還需要進一步完善，由于這些標準制定時大部分在 20世紀80年代中期，隨著生產這些產品的技術和工藝的發展，有些標準已不太適應當前的生產實際，同時隨著新產品的研究與開發，也有一些產品存在無標生產的狀態。近年來，我國鎂工業有了很大發展，鎂品種增多，盡管在國家鎂合金材料工程技術研究中心等單位的努力下，國家鎂合金產品完整的標準格局已基本形成，但仍然有一些標準不能適應生產和貿易的需求，需要進一步完善。

 

為了使我國從金屬鎂生產大國變成應用大國，從入口大國變成出口強國，有必要花大力氣來完善我國的鎂標準體系。首先，各方要正視我國鎂標準目前存在的問題，充分重視鎂標準工作。國家有關部門要鼓勵和引導鎂工業的發展，具體到鎂標準體系的完善上，應該從項目和經費保障上予以重點考慮。其次，要做好規劃，總體統籌和分步推進鎂標準體系建設。再次，要積極學習國際標準和國外先進標準，盡量參照采用國際標準和國外先進標準，制定和完善我國的鎂合金及鎂合金產品標準。在減少工作量的同時，還可減少貿易技術壁壘，有利于產品出口?？上驳氖侵貞c大學已成為國際標準化組織鎂及鎂合金技術委員會主席單位，對今后國際標準制定和推動我國先進鎂合金牌號走向世界具有非常積極的作用。

 

（七）推動更廣泛的國際合作與交流。

 

歐美等發達國家和地區在鎂合金產業化方面已經具有了相當的規模。無論是技術本身，還是組織實施政府攻關計劃，都積累了豐富的經驗，值得我們認真加以研究、借鑒和吸收。例如，德國在汽車壓鑄件的理論研究和應用方面、日本在阻燃鎂合金以及表面處理與涂裝技術方面、俄羅斯在高強鎂合金發展和規模應用方面、英國在生物醫用鎂合金方面、美國在軍事領域和汽車行業均具有世界水平的先進技術，可以組織國內對口單位開展多種形式的合作，縮短差距。

 

我國在重慶大學已組建了國家級國際合作聯合研究中心（科技部和外國專家局于2008年批準），近幾年在強化國際合作、提升我國鎂合金國際影響力等方面做出了大量的工作，已成為Elsevier出版社Journal of Magnesium and Alloys（JCR 一區期刊，國家領軍期刊）的主編單位、國家標準化組織鎂及鎂合金技術委員會主席單位和國際品牌鎂合金會議的組織單位。國家應該強化對國內一些重點單位國際科技合作的支持。

 

（八）積極組建產學研用協同創新體。

 

重慶大學已成為教育部批準的唯一一個和鎂合金推廣應用密切相關的國家級協同創新中心—重慶自主品牌汽車協同創新中心。該中心把鎂合金的推廣應用作為重點研發內容開展協同創新，聯合了長安汽車、中國汽研、西南鋁業、重慶理工大學等國內知名企業和研究院所。中心以我國自主品牌汽車的輕量化發展重大需求為牽引，構建“基礎研究——應用研究——成果產業化”的一體化創新研發體系，以重慶大學的鎂合金技術力量為技術支撐，積極推進以鎂合金為代表的輕量化材料在汽車上的規?；瘧?，滿足我國節能減排工程的重大需求。目前，長安汽車公司聯合重慶大學國家鎂合金工程中心和重慶博奧鎂鋁金屬有限公司等單位共同對長安CVⅡ車型進行了鎂合金零部件的開發綜合應用，共開發12種零部件，用鎂總重量20.1kg，其零部件全部通過了相關機構的性能檢測及路試，已小規模投入生產。由此可見，通過組建產學研用協同創新體，極大推動了鎂合金的應用。