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鎂合金正在成為全球關注的戰略性材料
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鎂合金正在成為全球關注的戰略性材料
全球鎂礦資源豐富,在很多金屬趨于枯竭的今天,加速鎂材料相關的研發與應用具有十分重要的戰略意義。金屬鎂在19世紀初被發現,之后在美、中、德、日、英、澳等國家的研究推動下,鎂及鎂合金產業發展迅速。
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一、鎂及鎂合金的前期發展
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1808年,英國化學家SirHumphrey?Davy用熔融電解法首先制得了金屬鎂。1828年,法國科學家比西(A.A.Bussy)用還原法從熔融的無水氯化鎂得到純鎂。1886年,以Bunsen的電解槽為基礎,德國建立了首個商業性電解鎂廠,鎂合金在德國開始工業化生產。1910年世界鎂產量約10噸/年。1930年德國首次在汽車上運用鎂合金73.8Kg,1935年,蘇聯首次將鎂合金用于飛機生產,德國大眾用壓鑄鎂合金生產“甲殼蟲”汽車發動機傳動系統零部件,英國伯明翰首次將鎂合金運用到摩托車變速箱殼,到1930年世界鎂產量增長到1200噸/年以上。
 
二戰期間是鎂工業的第一個飛速發展期,從1935年開始,德、法、蘇、奧、意、美等國分別建立了鎂廠,鎂產能急劇增加,此期間鎂主要用來制造燃燒彈、照明彈、曳光彈、信號彈以及軍用裝備的零部件。1943年世界鎂產量達到23萬噸。然而,二戰結束后,鎂需求降低,產量急劇降低,1946年世界鎂產量降低到只有2.5萬噸/年,鎂合金發展進入了低潮期。此時,世界各國開始考慮鎂合金在民用工業發展的可能性,鎂合金的研發逐漸轉向民用。
 
直到20世紀90年代,由于歐洲和美國對汽車廢氣排放量、能源消耗、噪音的限制的進一步升級,減重、提高燃油利用率的高要求迫使各汽車公司發展鎂合金。自此,世界各國政府高度重視鎂合金的研究與開發,美國、日本、德國、澳大利亞等國家相繼出臺了自己的鎂合金研究計劃,把鎂作為21世紀的重要戰略物資,加強了鎂合金在計算機、汽車、航空航天、通訊等領域的開發與應用。德國1997年由聯邦政府出資了2500萬馬克的MADICA(Magnesium?Die?Casting)鎂合金研究開發計劃,主要研究快速原型化與工具制造技術、切削加工技術、壓鑄鎂合金工藝、連接技術和半固態成型工藝,并且將鎂合金應用在汽車、計算機、航空航天等領域,提高了鎂合金的應用能力。日本文部科學省也在1999年開始資助“先進鎂合金科學技術計劃”項目,由長崗科技大學、東京大學、東北大學、國立材料研究所等十多家機構共同完成,目的在于解決未來鎂合金的應用問題,研究方向主要有:鎂合金結構控制、鎂合金表面改性、鎂合金生態技術與新型功能材料的開發。1992年開始,由于中國采用皮江法煉鎂的快速發展,使原鎂的價格降低到與鋁相當的程度,促使鎂合金進入了第二個飛速發展期。1995年在國際市場鎂價格上漲的拉動下達到了建設高潮,隨著皮江煉鎂生產工藝不斷的改進與完善,中國逐漸走上了符合中國國情的鎂工業之路。雖然1996年鎂價格下跌,但中國原鎂產量一直保持快速的增長勢頭,我國的純鎂產量從1990年的0.53萬噸增加至1999年底的15.7萬噸。歐美各大汽車公司以及電子行業對鎂合金汽車零部件和電子消費品外殼的研發投入了大量的人力物力和財力,帶動了鎂合金的研發和應用熱潮。2000年世界鎂實際產量達到43萬噸,其中,中國鎂產量達到19.5噸。此時研發和應用的鎂合金多為壓鑄鎂合金。
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二、21世紀鎂合金的發展
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進入21世紀,隨著汽車工業、軌道交通、航空航天和電子產品工業的飛速發展,以及人們對高品質生活的追求,對環保型、輕質、高性能材料的需求越來越來越高,各國政府和鎂合金協會相繼提出,發展新型高性能鎂合金,開發鎂合金生產加工新工藝新技術,生產出高質量、性能穩定的多元化、多規格鎂合金產品,提高產品成品率和生產效率,推動鎂合金材料的進一步工業化生產和應用進程。鎂合金在世界范圍的規模工業化正在逐步實現,鎂合金發展進入了新一輪全新高速發展期。
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近年來,制約鎂產業發展的成本與環境因素已顯著改善。2008年全球金融危機后,以中國鎂產業為主體的世界鎂產業是恢復快的材料產業之一。2012年全球鎂產業的產量和消費量已基本恢復到金融危機前的水平,但成本和價格已大幅度下降,原鎂價格已降低到2007年價格的50%以下,而且鎂產業的能耗和污染也大幅度降低。與此同時,從2013年起,我國作為全球大的鎂生產國取消了自2008年開始執行的鎂及鎂合金10%的出口關稅,直接導致國際市場鎂價格降低10%。
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近幾年,我國的鎂產量和出口量已連續多年居世界第一(如圖1所示)。2017年,我國原鎂產量已達到近100萬噸,占全球總產量約80%,我國原鎂國內消費量首次超過出口量。我國近年來鎂產業的重要進展之一就是青海鹽湖鎂業10萬噸金屬鎂一體化項目全面建成,展現出良好的發展勢頭。該項目的成功投產,可在一定程度上緩解因硅鐵價格波動導致的皮江法原鎂價格波動。
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近十多年來,鎂合金應用量大幅度增加。初步統計,鎂合金使用量已增加到40萬噸左右。這表明,在鎂合金產業技術快速發展的同時,鎂合金產品開始獲得越來越多應用領域的認可。與此同時,鎂產業的政策環境也逐漸改善。特別是2016年我國國家領導人視察了青海鹽湖金屬鎂一體化項目,將從國家政策層面有力保障和推動鎂產業的健康發展。這些都為世界鎂產業的可持續發展創造了良好的成本條件與環境基礎。鎂合金市場需求量的大幅度增加、鎂產業技術的進一步發展和產業政策環境的進一步改善,有望在5-10年內促進鎂產業從百萬噸級上升到500萬噸級以上。
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從19世紀金屬鎂的發現到如今鎂合金已發展成為21世紀具有潛力的金屬材料之一,鎂合金正成為全球關注的戰略性材料。隨著鎂合金新材料和新技術的不斷涌現,鎂合金在當今世界經濟和社會發展中將扮演越來越重要的角色。
 
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