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。
受国际国内经济形势变化特别是全球新型冠状病毒肺炎的影响,金属材料市场需求低迷,镁合金材料产业长期积累的结构性产能过剩、市场供求失衡等深层次矛盾和问题逐步显现。目前我国镁产业运行总体平稳,产量、出口量持续增长,但在冶炼环保水平、深加工产品应用等方面存在短板,产业转型升级的任务依然艰巨。另外,我国镁合金材料产业的产能规模庞大,对资源、环境等影响深远,在节能、节材、环保的短流程制备加工技术开发与应用方面仍任重道远。
强镁合金材料是支撑航空、航天、新一代武器装备、高速列车以及新能源汽车等装备不断升级发展的基础材料。我国在强变形镁合金研发与应用方面处在世界前列。但从进一步扩大镁合金材料应用的角度来看,现有的高强度镁合金材料在比强度、比刚度、断裂韧性以及性能稳定一致性等方面还有明显不足,使镁合金材料在上述领域的应用及提高其终端产品竞争力方面受到严重制约,是当前亟需解决的发展难题。强镁合金材料及其强韧化变形加工技术是镁合金领域发展的主要方向,预计到2035年,强镁合金材料替代同类普通材料量将超过20%。
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。
与Mg-Al、Mg-Zn系合金相比,稀土元素合金化后的Mg-RE系合金,铸造过程中的工艺性能更加稳定,且在力学相关实验中表现出更加的力学行为。La、Ce稀土在镁合金中应用发展比较成熟的是AE系镁合金,主要是以混合稀土形式加入,典型代表如AE44、AE41镁合金,具有的力学性能,尤其是在延伸率上远远超过AZ91、AM60等传统非稀土镁合金。Mg-RE系合金良好的流动性使其易于压铸成型,价格优势明显,可满足民用产品的规模化生产,如已应用于汽车变速箱壳体等零部件。另外,轻稀土在Mg中的固溶度很低,有利于提高镁合金的导热性能,未来在与第五代移动通信技术相关的电子产品、基站、接入网络设备等的结构件上应用潜力很大。面向民用市场的轻稀土镁合金材料的应用开发,有助于促进稀土元素的平衡应用,解决La、Ce等高丰度稀土元素的积压问题,扩大稀土在新领域的应用,加快稀土产业转型升级,彰显稀土资源在我国高新技术产业中的战略价值和支撑作用。