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鎂及鎂合金的重要性越來越受到全球的廣泛關(guān)注。近年來，中國寶武集團(tuán)、中鋁集團(tuán)、青海鹽湖等國家特大型領(lǐng)軍企業(yè)積極布局參與和助力中國鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已成為我國鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要力量。而重慶大學(xué)國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心積極與這些大型企業(yè)合作，參與國家級重大項目研發(fā)，成為鎂合金發(fā)展的重要研發(fā)基地。重慶大學(xué)主辦的鎂合金國際期刊《Journal of magnesium and alloys》2019年影響因子為7.115，在全球同類刊物中排名第二，展現(xiàn)出我國在材料領(lǐng)域重要的國際影響力。
與此同時，世界各國高度重視鎂及鎂合金標(biāo)準(zhǔn)的修訂和出版，鎂行業(yè)參與ISO國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)的制修訂非常活躍。全球鎂及鎂合金研究者的人數(shù)大幅度增長，一批高水平論文已出現(xiàn)在《自然》《科學(xué)》等頂級刊物中，我國在鎂基材料領(lǐng)域的多個研究方向已經(jīng)處于世界前沿。
為了更多地了解我國鎂工業(yè)的發(fā)展方向和研究成果，5月中旬，記者采訪了全國人大代表、中國工程院院士、重慶市科協(xié)主席、重慶大學(xué)教授、中國有色金屬報社顧問潘復(fù)生，他向記者介紹了鎂及鎂合金材料當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用潛力與市場前景，從他的談話中，不由讓人對鎂基材料的發(fā)展?jié)摿Τ錆M期望。
鎂合金技術(shù)研發(fā)碩果累累
重慶大學(xué)國家鎂合金研究工程技術(shù)中心是我國最早的鎂合金研究院所，初期就承載著我國鎂合金材料技術(shù)研發(fā)重大項目的開發(fā)和推廣，當(dāng)前，已經(jīng)成為鎂合金研發(fā)的重要基地。潘復(fù)生介紹說，在鎂合金結(jié)構(gòu)材料開發(fā)方面，重慶大學(xué)發(fā)展了“鎂合金固溶強(qiáng)化增塑”合金設(shè)計理論，已成為解決鎂合金強(qiáng)度和塑性平衡優(yōu)化的一條新途徑。基于“鎂合金固溶強(qiáng)化增塑”理論的發(fā)展和應(yīng)用，重慶大學(xué)開發(fā)了一批高性能鎂合金，10多個牌號已進(jìn)入國際標(biāo)準(zhǔn)牌號或國家標(biāo)準(zhǔn)牌號，其中，高強(qiáng)鑄造鎂合金的抗拉強(qiáng)度超過350MPa，延伸率超過10%；低成本低無稀土高塑性鎂合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到425MPa，延伸率達(dá)到了11%；含Mn低成本鎂合金的塑性達(dá)到52%，含Li鎂合金的塑性達(dá)到56%。
另外，采用常規(guī)裝備和工藝，重慶大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)共同開發(fā)的一批超高強(qiáng)鎂合金，塑性達(dá)到10%左右，強(qiáng)度超過550MPa。還采用特種加工技術(shù)，與中南大學(xué)等共同開發(fā)出高強(qiáng)變形鎂合金，抗拉強(qiáng)度超過710MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到650MPa以上。
基于Ti增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料金屬增強(qiáng)特性，重慶大學(xué)提出了“顆粒強(qiáng)化增塑”復(fù)合強(qiáng)韌化新原理，初步開發(fā)的AZ91-5Ti復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長率和AZ91相比，均實現(xiàn)了大幅度同步增長。
材料的研發(fā)促進(jìn)了鎂合金制備加工技術(shù)的提升。潘復(fù)生說，以導(dǎo)彈殼體、大型汽車輪轂和坦克負(fù)重輪等輪盤件為對象，發(fā)展了高強(qiáng)韌鎂合金累積大比率鍛造技術(shù)和半開放式鍛造技術(shù)，實現(xiàn)鎂合金大型鍛件成形與性能的統(tǒng)一，突破大型鍛件強(qiáng)韌化性能與尺寸精度協(xié)同調(diào)控技術(shù)瓶頸。目前，國內(nèi)一批新型制備加工技術(shù)體現(xiàn)了重要的應(yīng)用前景，例如，熔體自純化技術(shù)、電磁輔助的凝固技術(shù)、低溫擠壓技術(shù)、在線扭轉(zhuǎn)擠壓技術(shù)、襯板軋制技術(shù)、復(fù)合軋制技術(shù)、旋鍛技術(shù)等。
潘復(fù)生向記者介紹了近期國內(nèi)科研院所的重大研究成果，及鎂合金重大推進(jìn)項目。他列舉了多項新技術(shù)新工藝：重慶大學(xué)等發(fā)展的新型鎂合金非對稱加工技術(shù)（非對稱擠壓和鍛擠一體化等）的理論和工藝均有重要進(jìn)展；上海交通大學(xué)等開發(fā)的鎂合金復(fù)合鍛造工藝等有了新的突破；東北大學(xué)、重慶大學(xué)等開發(fā)的鎂合金帶卷擠壓和軋制開始向產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)；北京科技大學(xué)、中科院金屬研究所等發(fā)展的殘余應(yīng)力定向消除技術(shù)在厚板產(chǎn)品殘余應(yīng)力的消減上效果顯著；西安交通大學(xué)等在高純鎂的制備上已形成一批技術(shù)成果；上海交通大學(xué)等基于Ce元素改性拓寬了鎂-鋁系合金鍛造熱加工圖安全峰值區(qū)對應(yīng)加工參數(shù)，提出了不同鍛造溫度和應(yīng)變速率下的失穩(wěn)判據(jù)，為實現(xiàn)高強(qiáng)鎂-鋁系合金大變形量鍛造提供了依據(jù)。
拓展鎂基結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用空間
潘復(fù)生說，在鎂合金結(jié)構(gòu)材料方面，原有應(yīng)用領(lǐng)域的增加和新的應(yīng)用領(lǐng)域拓展，有望使鎂合金結(jié)構(gòu)材料的產(chǎn)量翻倍，幾年內(nèi)突破百萬噸級可能成為現(xiàn)實。他說，重慶大學(xué)與寶武集團(tuán)、中鋁集團(tuán)的合作正在積極推動之中。汽車特別是新能源汽車對輕量化需求越來越迫切，儀表盤、中控支架、電池箱等鎂合金零部件的應(yīng)用量有望大幅度增加。在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是建筑模板和可移動建筑有可能成為鎂合金結(jié)構(gòu)材料一個快速增加的新型增長點。潘復(fù)生說，就建筑模板而言，一旦技術(shù)完全突破，鎂合金模板的年應(yīng)用量就可能超過百萬噸，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會對此極為關(guān)注，正在積極推動。鎂合金結(jié)構(gòu)材料的功能化特點有望推動鎂合金結(jié)構(gòu)材料在信息產(chǎn)業(yè)、軍工、航空航天、石油化工等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大規(guī)模的應(yīng)用，特別是可溶性鎂合金在石油天然氣領(lǐng)域有很大的應(yīng)用市場。鎂基復(fù)合材料作為金屬基復(fù)合材料的新領(lǐng)域，其開發(fā)應(yīng)用對全球金屬基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)都可能產(chǎn)生重要影響。
突破鎂基功能材料技術(shù)創(chuàng)新
潘復(fù)生說，在鎂基功能材料領(lǐng)域，鎂基生物材料和鎂基儲能材料前景廣闊。鎂合金生物材料正在向應(yīng)用領(lǐng)域推進(jìn)，生物相容性好、可降解等特點對新一代生物材料的開發(fā)應(yīng)用提供了一條新途徑，應(yīng)用市場有望達(dá)千億元以上。重慶大學(xué)和四川大學(xué)及相關(guān)公司和應(yīng)用單位合作，正積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。鎂基儲氫材料、鎂電池等作為新一代儲能材料已開始受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，一旦成功有可能實現(xiàn)儲能領(lǐng)域的顛覆性革命。鎂基儲氫材料在金屬儲氫材料中具有體積儲氫密度大、工作壓力低、安全性好等優(yōu)點，對解決氫能工業(yè)特別是氫能汽車的儲運瓶頸有望提供新途徑；鎂電池具有資源豐富、能量密度高、安全性好等特點，對提升二次電池的安全性、降低二次電池的成本、緩解二次電池的污染都有重要作用，一旦技術(shù)突破，鎂基儲能材料的市場容量可達(dá)萬億元以上。在鎂基儲氫材料和鎂電池領(lǐng)域，重慶大學(xué)已建成了一支30多人的研究團(tuán)隊，已形成一批原創(chuàng)性技術(shù)。