緊跟全球綠色節(jié)能發(fā)展趨勢,我國鎂合金材料產(chǎn)業(yè)整體正朝低能耗、率、方向發(fā)展,不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造。我國鎂合金材料相關(guān)工藝技術(shù)研究起步晚于歐美發(fā)達(dá)國家,雖然在部分鎂合金材料領(lǐng)域突破了一批核心關(guān)鍵技術(shù),但在研發(fā)效率、生產(chǎn)質(zhì)量、市場拓展、環(huán)境保護(hù)等方面仍存在較大差距。未來,我國鎂合金材料產(chǎn)業(yè)需以國家戰(zhàn)略需求為基準(zhǔn),緊跟國際研究熱點(diǎn),在不斷提升行業(yè)整體水平的同時(shí),加強(qiáng)鎂合金材料的研發(fā)力度,著力提高自主創(chuàng)新能力。通過優(yōu)化組織實(shí)施方式,助力國家重大工程急需的鎂合金材料“產(chǎn)學(xué)研”體系通道暢通,促進(jìn)相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)我國從材料大國向材料強(qiáng)國的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變,滿足國民經(jīng)濟(jì)、國家重大工程和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)鎂合金材料的需求。
我國積極開展了鎂合金材料的研制工作,在稀土鎂合金、大尺寸鑄棒、大型復(fù)雜件的工程技術(shù)方面取得重要突破,研制的部分高強(qiáng)鎂合金大尺寸復(fù)雜鑄件、高強(qiáng)耐熱鎂合金大規(guī)格擠壓型材/鍛件等達(dá)到世界水平。具體來看,2019年,南京云海特種金屬股份有限公司在技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)整合方面取得重大進(jìn)展,生產(chǎn)的鍛造鎂合金輪轂在汽車主機(jī)企業(yè)得到應(yīng)用。上海交通大學(xué)輕合金精密成型研究中心開發(fā)了新型輕質(zhì)鎂稀土合金材料,成功應(yīng)用于直升機(jī)關(guān)鍵復(fù)雜承力部件,輕量化效果顯著,并已實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定制造,填補(bǔ)了我國新一代直升機(jī)用高強(qiáng)耐熱鎂合金材料空白。重慶大學(xué)國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心研制出AT、AE、VW系列等40多種新型鎂合金,其中有16種合金成為國家標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào),十幾種合金得到工程應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化推廣。東北大學(xué)開發(fā)了大規(guī)格鎂合金扁鑄錠生產(chǎn)技術(shù),目前能夠生產(chǎn)大截面為1450mm×400mm的鎂合金大扁錠;開發(fā)了鎂合金寬幅板帶卷軋制成套技術(shù),已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。中南大學(xué)和長春應(yīng)用化學(xué)研究所等單位開發(fā)出高強(qiáng)高韌稀土鎂合金、壓鑄鎂合金和稀土鎂合金批量生產(chǎn)技術(shù),成功應(yīng)用于航空、航天、軍工、汽車、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域,大幅降低了稀土鎂合金產(chǎn)品的成本,提升了市場競爭力,填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白。
相較于普通鎂合金材料,稀土鎂輕質(zhì)結(jié)構(gòu)合金材料在添加稀土后,具有強(qiáng)度高、韌性好、耐熱耐蝕等顯著優(yōu)勢,解決了制約鎂合金材料廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題,是推進(jìn)我國航空、航天、汽車、軌道交通等領(lǐng)域輕量化發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。我國鎂、稀土資源豐富,合金成型及加工技術(shù)成熟,市場應(yīng)用空間大,稀土鎂合金輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)體系完整,可實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)自銷。
稀土鎂輕質(zhì)結(jié)構(gòu)合金材料未來的市場需求主要集中在:①鎂稀土母合金、稀土鎂合金短流程低成本制備技術(shù)開發(fā)及推廣應(yīng)用;②面向應(yīng)用的新型稀土鎂合金材料開發(fā);③加工成型技術(shù)及配套裝備研發(fā);④完善稀土綠色冶煉分離技術(shù),加快推廣應(yīng)用;⑤面向材料生命周期的系統(tǒng)研究,建立“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同發(fā)展平臺(tái);⑥加快稀土鎂輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用速度,在未來3~5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)化,逐漸擴(kuò)大市場規(guī)模,到2035年將替代普通鎂合金材料的比例達(dá)到30%。
強(qiáng)鎂合金材料是支撐航空、航天、新一代武器裝備、高速列車以及新能源汽車等裝備不斷升級(jí)發(fā)展的基礎(chǔ)材料。我國在強(qiáng)變形鎂合金研發(fā)與應(yīng)用方面處在世界前列。但從進(jìn)一步擴(kuò)大鎂合金材料應(yīng)用的角度來看,現(xiàn)有的高強(qiáng)度鎂合金材料在比強(qiáng)度、比剛度、斷裂韌性以及性能穩(wěn)定一致性等方面還有明顯不足,使鎂合金材料在上述領(lǐng)域的應(yīng)用及提高其終端產(chǎn)品競爭力方面受到嚴(yán)重制約,是當(dāng)前亟需解決的發(fā)展難題。強(qiáng)鎂合金材料及其強(qiáng)韌化變形加工技術(shù)是鎂合金領(lǐng)域發(fā)展的主要方向,預(yù)計(jì)到2035年,強(qiáng)鎂合金材料替代同類普通材料量將超過20%。
鎂合號(hào)眾多,已在多領(lǐng)域大量應(yīng)用的合金系列為Mg-Al系合金,特別是在鑄造過程中表現(xiàn)出工藝穩(wěn)定、燒損較小、室溫條件下有著力學(xué)性能和高強(qiáng)耐腐蝕行為的AZ91鎂合金。在變形鎂合金方面,獲得大量應(yīng)用的是Mg-Zn系合金,其在熱處理過程中表現(xiàn)出的時(shí)效強(qiáng)化行為。在該系列中,從合號(hào)ZM81的相關(guān)研究來看,其表現(xiàn)出比Mg–Al合金更的力學(xué)性能。ZK系合金主要為Mg-Zn-Zr系鎂合金,是目前應(yīng)用多的變形鎂合金之一,代表是ZK61鎂合金,其經(jīng)高溫成型冷卻和人工時(shí)效處理后,抗拉強(qiáng)度大于300MPa,具有良好的塑性及耐蝕性,可加工性良好,能制造形狀復(fù)雜的大型鍛件。
我國稀土資源儲(chǔ)量居于世界位,在稀土開采、冶煉分離等方面具有優(yōu)勢。但目前16種稀土元素(Pm除外)的應(yīng)用是不平衡的,存在輕稀土閑置、滯銷等問題,導(dǎo)致國內(nèi)以La、Ce等元素為主的稀土形成了大量積壓。目前,隨著汽車輕量化、電子通信等領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)需求的不斷擴(kuò)大,各大終端企業(yè)和材料生產(chǎn)廠家一直致力于輕量化部件的研發(fā),對(duì)鎂合金材料的性能要求達(dá)到的高度,甚至產(chǎn)生許多結(jié)構(gòu)功能一體化的需求。這給稀土鎂合金的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇,尤其是輕稀土鎂合金的開發(fā)應(yīng)用,充分發(fā)揮La、Ce等稀土在鎂合金材料中的優(yōu)勢作用,應(yīng)用前景十分廣闊。