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我国镁合金开发应用与展望

时间: 2011-07-04 18:00 来源: 作者: 点击:
1 前言

二十世纪七、八十年代以来,随着全球工业化进程的推进和资源大规模开发利用,各种金属资源如铝、铁等正逐渐减少甚至枯竭,需要寻求新的替代材料;而随着人类社会的进步,对生存环境的保护要求进一步提高,如现代的汽车减重节能降耗的要求不断高涨,轻量化成为汽车选材的重要目标。在资源和环境成为人类可持续发展的首要前提下,镁及镁合金作为一种对保持社会可持续发展具有重要战略意义的新材料,在全球掀起了新的开发应用热潮。

镁是目前世界上可工程化应用的最轻的金属结构材料(密度1.74g/cm3),其重量仅为铝的2/3,钢铁的1/4。镁合金具有很高的比强度和比刚度(仅次于钛合金位于金属材料第二位),阻尼减震性能好、导热性好、电磁屏蔽能力强,而且容易回收,与环境兼容性好,由于这些优良性能,在国防军工、航天航空、交通运输、3C电子产品、家用办公等众多领域有着广泛应用前景。此外,镁的资源丰富,地壳中含量2.3%,排第6位。海水中的镁含量为1.1Kg/m3,因此镁资源的开发与应用,具有极大的潜力。由于目前人类对镁的开发应用远远不如钢铁、铝、铜那样成熟,所以出现了“在材料领域中还没有任何材料象镁那样,潜力与现实有如此大的颠倒。”(英国:R.W.Cahn)。

我国镁资源储量世界第一,独有储量巨大、价廉高品质的镁资源,同时也是世界上最大的镁生产国和出口国。目前我国镁的产能占全球的3/4,产量占全球1/2以上。但是我国镁资源,尤其是镁合金的应用严重滞后,80%以上的镁作为初级原料——原镁低价出口,属于典型的资源出口型工业。因此,大力进行镁制品的开发与应用,实施国家镁合金开发应用计划,全面提升镁产业的技术水平和技术创新能力,有利于资源可持续供给,也有利于社会和谐进步。

因此,科技部经过了前期战略研究,并组织有关部门以及海内外专家广泛调研后,将“镁合金开发应用及产业化”列为 “十五”国家科技发展计划中材料领域的重大项目,从2001年到2005年实施了为期5年的科技攻关。

2 镁合金开发应用的新进展

通过五年联合科技攻关,技术上取得了新进展。

突破了一批制约产业发展的核心技术和产业化关键技术,部分指标达到和接近世界先进水平,有的方面具有领先优势。新型水氯镁石脱水制备无水氯化镁的工程技术,为我国西部盐湖镁资源的大规模开发奠定了基础;镁制品高效率、低成本微弧氧化处理技术与装备填补了国内外空白,并实现了工业化应用;皮江法炼镁工艺技术不断提高,料镁比降低了17%,有效地节约了资源,还原周期缩短20%,提高了生产效率,减少了粉尘和烟气排放;开发了高品质镁合金粗镁精炼直接合金化连续铸造短流程工艺,提高了镁合金产量和质量,降低成本15%;研究成功的激光-氩弧复合热源焊接设备和工艺,在自行车、摩托车生产中得到应用,具有世界先进水平;镁合金晶粒细化技术的开发,为塑性变形加工材料的研发打下了技术基础;镁质高档耐材及非耐材和镁化合物功能材料的开发,提高了镁资源的应用价值,并打破了先进工业国家设置的技术壁垒。

成功研制开发了具有自主知识产权的镁合金冷、热室压铸机及配套设备,形成了从160吨到3000吨的10款压铸机产品,在国内市场上占有率达到50%,基本满足了国内镁合金压铸生产需求;“镁合金熔炉”、“镁合金熔体保护气体在线发生装置”、“容积式定量吸注系统”、“多种气体高精度配气及不间断稳定流量供气系统”和“模具双路恒温机”的开发,成功实现了关键辅助设备国产化,降低了设备投资额,使压铸件生产企业有了更多选择。

采取产、学、研相结合的联合攻关模式,解决了材料研究、产品设计、模具制造、压铸成型到表面防腐等关键工程技术。成功开发应用25种镁合金摩托车零件,装备销售90万辆,52种镁合金汽车零件,装车54.65万辆,微型汽车单车最高用镁零件9公斤,轿车最高用镁零件8.17公斤;14类镁合金3C产品零件1000万件,和8种列车制动器零件,为进一步扩大应用打下了良好基础。

攻关中逐步形成了相对完整的镁合金产业链和技术开发创新体系。在全国建立了10个各具特色的产业化示范基地,3个国家镁合金技术研发中心,3个国际合作实验室,有力地促进了资源优化配置,为镁科技的持续、健康、快速与协调发展创造了条件。

同时,在“人才、专利、标准”三大战略实施中取得显着成效。项目聚集了全国22个省、市、自治区、计划单列市的12所高校,12个科研院所,48家企业的1000多名科研人员参加,培养博士后、博士、硕士321人;累计申请专利205项,其中发明专利135项,实用新型60项,外观设计10项,至今已授权69项;制修订国家、企业标准81项,初步形成了镁合金标准体系框架。

总之,“镁合金开发应用与产业化”项目经过五年的努力工作,全面贯彻落实了科技部的战略部署,在多项关键技术取得重大突破的同时,使镁合金的开发应用科技水平上了一个台阶,极大地推动了镁合金应用与产业化。

3 镁产业发展展望

过去几年,在国家科技计划的引导和带动下,我国镁业科技发展很快。但是,由于镁合金材料的开发应用起步较晚,缺少系统的深入研究和大规模的生产与应用的长期积累,技术水平仍不高,还有很多理论和技术问题未解决。特别是基础理论研究、塑性变形加工技术尚待加强和提高。同时,在汽车等交通工具上的集成应用技术还不成熟,限制了镁合金的大批量应用,这也是今后需要集中解决的技术问题。

镁从资源角度来说供应充足,在未来结构材料发展中将承担更重要角色,但要使它具有更高的强度、塑性,更便于低成本的制备,更易于加工成各种结构部件,有待于科学家的努力,这是长远目标,远大理想。未来五年内将根据中国镁产业发展的现状,以产业链中的关键技术和薄弱环节为技术重点,以汽车工业应用为主要方向,针对汽车用镁合金零部件,积极开展高强、高韧、耐蚀镁合金、变形镁合金加工成形、大型复杂镁合金零部件的成型工艺等技术研发工作,逐步解决制约镁合金发展的强度低、塑性差、不耐蚀三大技术难题,推动镁的广泛应用。

镁产业是新兴崛起的具有广阔市场前景的产业,它的持续、健康发展除企业家和科学家积极投入外,还需国家制订和推行有利于镁产业有序发展的政策制度。针对中国大陆镁大量消费的市场还没有形成,对镁的内需严重不足的现状,要开展广泛的宣传,让社会各界“知镁用镁”,熟悉它与其它金属的共性,了解其自身的个性,鼓励有针对性地开发利用,避免长期徘徊在简单模仿阶段。制定鼓励推广应用的政策,促使镁生产行业与应用行业例如汽车工业、摩托车工业、3C产业等有机的结合起来;鼓励企业整合资源、追求利益最大化,促使企业在内部整合上下力气,也就是在现有资本结构的基础上,通过调整内部资源、控制成本、提高生产率、开发新产品、拓展新市场、提高管理能力,来创造和保持竞争优势。这样也有利于培植终端市场。通过政策的作用,推动使中国现有镁生产企业在战略管理上下功夫。

为推动镁合金的开发应用,结合社会发展和环境保护的需要,制定和推行了一系列法规和标准。如欧洲推出了汽车燃油油耗标准,日本在环境法规建设方面制定了家电回收法等。这些法规与标准既保障了社会和公众的利益,又有利于促进镁合金产品的开发与应用。中国也推行欧洲III号汽车排放标准,同时制定“家电回收法规”等,这些环保政策的实行,无疑将对机动车的减重降耗、减少废气排放产生积极的促进作用,也将有力地促进镁合金材料开发应用,形成法规驱动机制。

随着镁工业的迅速发展,从事镁基础理论研究和应用开发研究的人才不足的问题越来越突出。因此,加强高等教育和职业教育及职业培训,造就一批能胜任镁产业发展,懂技术,能担当生产、研究一线任务的青年骨干也是面临的重要任务之一。

镁业科技的发展任务十分繁重,今后要坚持以市场为导向,企业为主体的产、学、研结合的创新体系,逐步完善促进镁业科技发展的技术服务平台。镁业科技发展到今天,特别要强调集成,已开发成功的技术和产品要集成应用,发挥科学技术是第一生产力的作用,镁业科技更要统一规化,集成管理,分步分计划实施,让有限的资源发挥更大作用,迎接镁产业的更好、更快的发展。(end)

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