紧跟全球绿色节能发展趋势,我国镁合金材料产业整体正朝低能耗、率、方向发展,不断进行产业升级改造。我国镁合金材料相关工艺技术研究起步晚于欧美发达国家,虽然在部分镁合金材料领域突破了一批核心关键技术,但在研发效率、生产质量、市场拓展、环境保护等方面仍存在较大差距。未来,我国镁合金材料产业需以国家战略需求为基准,紧跟国际研究热点,在不断提升行业整体水平的同时,加强镁合金材料的研发力度,着力提高自主创新能力。通过优化组织实施方式,助力国家重大工程急需的镁合金材料“产学研”体系通道畅通,促进相关科研成果转化并实现产业化运用,实现我国从材料大国向材料强国的战略性转变,满足国民经济、国家重大工程和社会可持续发展对镁合金材料的需求。
年来,我国镁产业运行总体平稳,产量、出口量持续增长。目前全球原镁产量主要来自于中国,根据中国有色金属工业学会统计,2019年,我国原镁产量为9.69×105t,同比增长12.2%;在价格方面,受供给增加影响,原镁均价为15949元/t,同比下跌3.3%,镁冶炼企业实际盈利水平同比小幅下降;在资源消费及市场方面,我国镁资源的消费量为4.85×105t,同比增长8.6%,增幅同比提升1.6个百分点,但国外对镁资源需求回升,我国2019年全年累计出口各类镁产品约4.52×105t,同比增长10.2%,出口量占我国镁产量的46.6%。
我国积极开展了镁合金材料的研制工作,在稀土镁合金、大尺寸铸棒、大型复杂件的工程技术方面取得重要突破,研制的部分高强镁合金大尺寸复杂铸件、高强耐热镁合金大规格挤压型材/锻件等达到世界水平。具体来看,2019年,南京云海特种金属股份有限公司在技术研发和生产整合方面取得重大进展,生产的锻造镁合金轮毂在汽车主机企业得到应用。上海交通大学轻合金精密成型研究中心开发了新型轻质镁稀土合金材料,成功应用于直升机关键复杂承力部件,轻量化效果显著,并已实现批量稳定制造,填补了我国新一代直升机用高强耐热镁合金材料空白。重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心研制出AT、AE、VW系列等40多种新型镁合金,其中有16种合金成为国家标准牌号,十几种合金得到工程应用和产业化推广。东北大学开发了大规格镁合金扁铸锭生产技术,目前能够生产大截面为1450mm×400mm的镁合金大扁锭;开发了镁合金宽幅板带卷轧制成套技术,已实现产业化应用。中南大学和长春应用化学研究所等单位开发出高强高韧稀土镁合金、压铸镁合金和稀土镁合金批量生产技术,成功应用于航空、航天、、汽车、电子产品等领域,大幅降低了稀土镁合金产品的成本,提升了市场竞争力,填补了国内相关领域的空白。
我国镁合金材料产业起步晚、底子薄,在应用上整体仍处于产业链和价值链的中低端。同时,相关战略政策的执行率较低,关键工艺技术与国外差距较大,设备大多依靠进口。研发所需的技术和设备常受国外出口限制,使得镁合金材料的研发面临困难,尤其是许多核心材料的研发举步维艰、性能提升缓慢、产能也严重不足。另外,相关企业研发、生产和服务的智能化水平较低,标准、检测、评价、计量和管理等支撑体系缺失,产品性能稳定性、质量一致性需要进一步提高。
镁合号众多,已在多领域大量应用的合金系列为Mg-Al系合金,特别是在铸造过程中表现出工艺稳定、烧损较小、室温条件下有着力学性能和高强耐腐蚀行为的AZ91镁合金。在变形镁合金方面,获得大量应用的是Mg-Zn系合金,其在热处理过程中表现出的时效强化行为。在该系列中,从合号ZM81的相关研究来看,其表现出比Mg–Al合金更的力学性能。ZK系合金主要为Mg-Zn-Zr系镁合金,是目前应用多的变形镁合金之一,代表是ZK61镁合金,其经高温成型冷却和人工时效处理后,抗拉强度大于300MPa,具有良好的塑性及耐蚀性,可加工性良好,能制造形状复杂的大型锻件。
我国稀土资源储量居于世界位,在稀土开采、冶炼分离等方面具有优势。但目前16种稀土元素(Pm除外)的应用是不平衡的,存在轻稀土闲置、滞销等问题,导致国内以La、Ce等元素为主的稀土形成了大量积压。目前,随着汽车轻量化、电子通信等领域相关产业需求的不断扩大,各大终端企业和材料生产厂家一直致力于轻量化部件的研发,对镁合金材料的性能要求达到的高度,甚至产生许多结构功能一体化的需求。这给稀土镁合金的发展带来了新的机遇,尤其是轻稀土镁合金的开发应用,充分发挥La、Ce等稀土在镁合金材料中的优势作用,应用前景十分广阔。