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。
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。
相较于普通镁合金材料,稀土镁轻质结构合金材料在添加稀土后,具有强度高、韧性好、耐热耐蚀等显著优势,解决了制约镁合金材料广泛应用的关键问题,是推进我国航空、航天、汽车、轨道交通等领域轻量化发展的关键基础材料。我国镁、稀土资源丰富,合金成型及加工技术成熟,市场应用空间大,稀土镁合金轻质结构材料产业体系完整,可实现自产自销。
稀土镁轻质结构合金材料未来的市场需求主要集中在:①镁稀土母合金、稀土镁合金短流程低成本制备技术开发及推广应用;②面向应用的新型稀土镁合金材料开发;③加工成型技术及配套装备研发;④完善稀土绿色冶炼分离技术,加快推广应用;⑤面向材料生命周期的系统研究,建立“产学研用”协同发展平台;⑥加快稀土镁轻质结构材料应用速度,在未来3~5年内实现领域向民用领域转化,逐渐扩大市场规模,到2035年将替代普通镁合金材料的比例达到30%。
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%。
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。
目前,耐高温系镁合金已经在汽车发动机罩盖、缸体、引擎活塞及高速舱体等零部件上有着广泛应用。目前,各国研究者关于耐高温系镁合金的研究大部分还是聚焦于Mg、Al、Zn系的性能调控及稀土元素的合金化行为。其中,高温力学性能好的是以Mg-Gd系为代表的的镁稀土合金体系。目前亟需解决同步提高强度和塑性的问题,具体措施包括控制析出相形态分布、细化组织和降低杂质含量。另外,镁合金铸造性能应被重视,即合金设计时需综合考虑力学性能和铸造性能。就性能指标而言,强(强度>400MPa)耐热(使役温度>250℃)镁合金是目前国家亟需攻关的一类关键材料。随着技术不断地开发与发展,耐高温系镁合金将会在汽车动力系统部件、航天等对材料强度、耐高温能力及材料轻量化有着苛刻要求的领域中得到广泛应用。