全球鎂礦資源豐富,在很多金屬趨于枯竭的今天,加速鎂材料相關(guān)的研發(fā)與應(yīng)用具有十分重要的戰(zhàn)略意義.金屬鎂在19世紀(jì)初被發(fā)現(xiàn),之后在美、中、德、日、英、澳等國(guó)家的研究推動(dòng)下,鎂及鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速.

    一、鎂及鎂合金的前期發(fā)展

    1808年,英國(guó)化學(xué)家SirHumphrey Davy用熔融電解法首先制得了金屬鎂.1828年,法國(guó)科學(xué)家比西(A.A.Bussy)用還原法從熔融的無(wú)水氯化鎂得到純鎂.1886年,以Bunsen的電解槽為基礎(chǔ),德國(guó)建立了首 個(gè)商業(yè)性電解鎂廠,鎂合金在德國(guó)開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn).1910年世界鎂產(chǎn)量約10噸/年.1930年德國(guó)首次在汽車上運(yùn)用鎂合金73.8Kg,1935年,蘇聯(lián)首次將鎂合金用于飛機(jī)生產(chǎn),德國(guó)大眾用壓鑄鎂合金生產(chǎn)"甲殼蟲(chóng)"汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件,英國(guó)伯明翰首次將鎂合金運(yùn)用到摩托車變速箱殼,到1930年世界鎂產(chǎn)量增長(zhǎng)到1200噸/年以上.

    二戰(zhàn)期間是鎂工業(yè)的第 一個(gè)飛速發(fā)展期,從1935年開(kāi)始,德、法、蘇、奧、意、美等國(guó)分別建立了鎂廠,鎂產(chǎn)能急劇增加,此期間鎂主要用來(lái)制造燃燒彈、照明彈、曳光彈、信號(hào)彈以及軍用裝備的零部件.1943年世界鎂產(chǎn)量達(dá)到23萬(wàn)噸.然而,二戰(zhàn)結(jié)束后,鎂需求降低,產(chǎn)量急劇降低,1946年世界鎂產(chǎn)量降低到只有2.5萬(wàn)噸/年,鎂合金發(fā)展進(jìn)入了低潮期.此時(shí),世界各國(guó)開(kāi)始考慮鎂合金在民用工業(yè)發(fā)展的可能性,鎂合金的研發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向民用.

    直到20世紀(jì)90年代,由于歐洲和美國(guó)對(duì)汽車廢氣排放量、能源消耗、噪音的限制的進(jìn)一步升級(jí),減重、提高燃油利用率的高要求迫使各汽車公司發(fā)展鎂合金.自此,世界各國(guó)政府高度重視鎂合金的研究與開(kāi)發(fā),美國(guó)、日本、德國(guó)、澳大利亞等國(guó)家相繼出臺(tái)了自己的鎂合金研究計(jì)劃,把鎂作為21世紀(jì)的重要戰(zhàn)略物資,加強(qiáng)了鎂合金在計(jì)算機(jī)、汽車、航空航天、通訊等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用.德國(guó)1997年由聯(lián)邦政府出資了2500萬(wàn)馬克的MADICA(Magnesium Die Casting)鎂合金研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃,主要研究快速原型化與工具制造技術(shù)、切削加工技術(shù)、壓鑄鎂合金工藝、連接技術(shù)和半固態(tài)成型工藝,并且將鎂合金應(yīng)用在汽車、計(jì)算機(jī)、航空航天等領(lǐng)域,提高了鎂合金的應(yīng)用能力.日本文部科學(xué)省也在1999年開(kāi)始資助"先進(jìn)鎂合金科學(xué)技術(shù)計(jì)劃"項(xiàng)目,由長(zhǎng)崗科技大學(xué)、東京大學(xué)、東北大學(xué)、國(guó)立材料研究所等十多家機(jī)構(gòu)共同完成,目的在于解決未來(lái)鎂合金的應(yīng)用問(wèn)題,研究方向主要有:鎂合金結(jié)構(gòu)控制、鎂合金表面改性、鎂合金生態(tài)技術(shù)與新型功能材料的開(kāi)發(fā).1992年開(kāi)始,由于中國(guó)采用皮江法煉鎂的快速發(fā)展,使原鎂的價(jià)格降低到與鋁相當(dāng)?shù)某潭?促使鎂合金進(jìn)入了第二個(gè)飛速發(fā)展期.1995年在國(guó)際市場(chǎng)鎂價(jià)格上漲的拉動(dòng)下達(dá)到了建設(shè)高潮,隨著皮江煉鎂生產(chǎn)工藝不斷的改進(jìn)與完善,中國(guó)逐漸走上了符合中國(guó)國(guó)情的鎂工業(yè)之路.雖然1996年鎂價(jià)格下跌,但中國(guó)原鎂產(chǎn)量一直保持快速的增長(zhǎng)勢(shì)頭,我國(guó)的純鎂產(chǎn)量從1990年的0.53萬(wàn)噸增加至1999年底的15.7萬(wàn)噸.歐美各大汽車公司以及電子行業(yè)對(duì)鎂合金汽車零部件和電子消費(fèi)品外殼的研發(fā)投入了大量的人力物力和財(cái)力,帶動(dòng)了鎂合金的研發(fā)和應(yīng)用熱潮.2000年世界鎂實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到43萬(wàn)噸,其中,中國(guó)鎂產(chǎn)量達(dá)到19.5噸.此時(shí)研發(fā)和應(yīng)用的鎂合金多為壓鑄鎂合金.

    二、21世紀(jì)鎂合金的發(fā)展

    進(jìn)入21世紀(jì),隨著汽車工業(yè)、軌道交通、航空航天和電子產(chǎn)品工業(yè)的飛速發(fā)展,以及人們對(duì)高品質(zhì)生活的追求,對(duì)環(huán)保型、輕質(zhì)、高性能材料的需求越來(lái)越來(lái)越高,各國(guó)政府和鎂合金協(xié)會(huì)相繼提出,發(fā)展新型高性能鎂合金,開(kāi)發(fā)鎂合金生產(chǎn)加工新工藝新技術(shù),生產(chǎn)出高質(zhì)量、性能穩(wěn)定的多元化、多規(guī)格鎂合金產(chǎn)品,提高產(chǎn)品成品率和生產(chǎn)效率,推動(dòng)鎂合金材料的進(jìn)一步工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)程.鎂合金在世界范圍的規(guī)模工業(yè)化正在逐步實(shí)現(xiàn),鎂合金發(fā)展進(jìn)入了新一輪全新高速發(fā)展期.

    近年來(lái),制約鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成本與環(huán)境因素已顯著改善.2008年全球金融危機(jī)后,以中國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)為主體的世界鎂產(chǎn)業(yè)是恢復(fù)快的材料產(chǎn)業(yè)之一.2012年全球鎂產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量和消費(fèi)量已基本恢復(fù)到金融危機(jī)前的水平,但成本和價(jià)格已大幅度下降,原鎂價(jià)格已降低到2007年價(jià)格的50%以下,而且鎂產(chǎn)業(yè)的能耗和污染也大幅度降低.與此同時(shí),從2013年起,我國(guó)作為全球大的鎂生產(chǎn)國(guó)取消了自2008年開(kāi)始執(zhí)行的鎂及鎂合金10%的出口關(guān)稅,直接導(dǎo)致國(guó)際市場(chǎng)鎂價(jià)格降低10%.

    近幾年,我國(guó)的鎂產(chǎn)量和出口量已連續(xù)多年居世界第 一.2017年,我國(guó)原鎂產(chǎn)量已達(dá)到近100萬(wàn)噸,占全球總產(chǎn)量約80%,我國(guó)原鎂國(guó)內(nèi)消費(fèi)量首次超過(guò)出口量.我國(guó)近年來(lái)鎂產(chǎn)業(yè)的重要進(jìn)展之一就是青海鹽湖鎂業(yè)10萬(wàn)噸金屬鎂一體化項(xiàng)目全面建成,展現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭.該項(xiàng)目的成功投產(chǎn),可在一定程度上緩解因硅鐵價(jià)格波動(dòng)導(dǎo)致的皮江法原鎂價(jià)格波動(dòng).

    近十多年來(lái),鎂合金應(yīng)用量大幅度增加.初步統(tǒng)計(jì),鎂合金使用量已增加到40萬(wàn)噸左右.這表明,在鎂合金產(chǎn)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí),鎂合金產(chǎn)品開(kāi)始獲得越來(lái)越多應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)可.與此同時(shí),鎂產(chǎn)業(yè)的政策環(huán)境也逐漸改善.特別是2016年我國(guó)國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人視察了青海鹽湖金屬鎂一體化項(xiàng)目,將從國(guó)家政策層面有力保障和推動(dòng)鎂產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展.這些都為世界鎂產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了良好的成本條件與環(huán)境基礎(chǔ).鎂合金市場(chǎng)需求量的大幅度增加、鎂產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境的進(jìn)一步改善,有望在5-10年內(nèi)促進(jìn)鎂產(chǎn)業(yè)從百萬(wàn)噸級(jí)上升到500萬(wàn)噸級(jí)以上.

    三、結(jié)語(yǔ)

    從19世紀(jì)金屬鎂的發(fā)現(xiàn)到如今鎂合金已發(fā)展成為21世紀(jì)具有潛力的金屬材料之一,鎂合金正成為全球關(guān)注的戰(zhàn)略性材料.隨著鎂合金新材料和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),鎂合金在當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中將扮演越來(lái)越重要的角色.