轻金属镁：克服弱点，告别“可燃”和“难加工

【编者按】实用金属中最轻，且比强度较高的镁合金，被用于制造笔记本电脑、汽车零部件和相机外壳等。因为镁合金存在易燃、难储运、难加工、成本高等难点，限制了用途和需求的扩大。不燃镁合金、镁锂合金成为新型的镁合金材料。

“易燃”、“难加工”、“价格高”——这样的印象一直伴随着镁合金。虽然作为轻量化材料曾备受期待，但普及程度却难如人意。随着材料和加工技术的发展，现在镁合金已然发生改变，正在逐渐成为安全易用的轻量化材料。电池和贮氢等能源领域的新项目也已经起航。渡过了休眠期，镁终于迎来了开花结果的丰收时节。

实用金属中最轻，且比强度较高的镁合金，被用于制造笔记本电脑、汽车零部件和相机外壳等，已经不算稀奇的材料。虽说如此，要称其为通用材料还相差很远，镁还未能像人们期待的那样贴近生活。

进展不及预期

在日本国内，1980年代，随着压铸技术的发展，镁合金开始了普及。到1990年代，在采用了触变注射成型技术（将半熔融状态的镁合金注射成型）后，镁合金名声大噪，成为了家电企业和PC企业竞相采用的外壳材料。到90年代后期，有着“银色电脑”之称、包裹暗银色镁合金外壳的笔记本电脑成为焦点话题，带动了PC需求的增长。当时日本国内的镁需求曾大幅增长。

然而，镁合金的增长并没有达到普及的程度。从2004年前后开始，日本国内需求增长放缓，在2007年创下最高需求记录后，受到雷曼危机的影响，需求陷入低迷，徘徊在4万吨/年的水平上。在汽车领域也未能像人们期待的那样普及开来。在欧洲，德国宝马（BMW）对汽缸体等大部件采用了镁合金，但在日本国内，还只是小范围应用于方向盘芯棒、发动机控制单元（ECU）外壳、油杯帽等小部件。

那么，既然镁合金是轻量化的不二之选，为什么又会停滞不前呢？这是因为镁合金存在易燃、难储运、难加工、成本高等难点。而且，制造现在主流的铸件时，还存在尺寸精度和表面性质和形状等难题。这些难点盖过了镁合金在实用金属中重量最轻的最大特点，限制了用途和需求的扩大。

然而，镁合金即将“一雪前耻”。随着不可燃合金的登场，以及通过金属结构控制技术和加工技术的发展而使镁合金更容易利用等，过去镁合金的难点正在逐一得到克服。

另一方面，对于材料使用方来说，轻量化竞争愈演愈烈。例如，日本金属介绍说，在平板电脑和智能手机等移动产品领域，有些企业“不惜成本上升，也要通过置换材料实现轻量化。从2011年前后开始，来自海外的镁合金压延材料的垂询不断增多”。从以追求节能的飞机、铁路机车、汽车为代表的运输行业，到轻量化对易用性影响很大的拐杖、轮椅等社会福利行业都对镁合金表现出了兴趣。

在材料技术和加工技术不断进化和轻量化竞争的背景下，镁合金沉睡的实力即将被唤醒。

耐热新合金接连面世

那么，镁合金有了哪些进化呢？让我们从其产品自身、加工和用途三个方面，来看镁合金的进化。

首先，镁合金自身的进化大致有两点。一点是难燃性。已有克服了易燃、难灭火等缺点的镁合金登场。这就是熊本大学在2012年发布的KUMADAI不燃镁合金。作为其基础的KUMADAI耐热镁合金在900℃以上也不会自燃，而其进化版KUMADAI不燃镁合金则完全不会燃烧。并且凭借优异的强度受到关注，有望用来制造注重阻燃性的飞机结构材料。

第二点是更轻。在这点上，最近最吸引消费者关注的当属镁锂合金。镁锂合金是美国宇航局（NASA）在1960年代开发的。当时的用途包括航天产业和军需产业等，因前述难点的阻碍，在民需产业未能得到采用。2012年8月，NEC个人电脑（NECPC，总部：东京）开创了世界量产产品之先河，在Lavi e Z笔记本电脑上采用了这种合金。A4大小的电脑重量还不到900克，实现了极致“瘦身”。

NECPC以非凡的热情挑战笔记本电脑的轻量化，在以镁合金加工能手Kasatani（总部：大阪市）为首的材料企业、表面处理企业及涂装企业的协助下，在全球率先实现了镁锂合金的量产。

扩展冲压加工之路

接下来是加工方式的进化。其代表是压延材料。

现在，镁合金结构材料主要使用铸件等制造，要想用于创意性强的用途、或者高强度的大型结构材料，就必须使用挤压、冲压、压延等塑性加工技术和相应的材料。压延材料能够满足这种需求，有望推动镁合金在结构材料领域的普及。

例如，东芝2013年春季推出的笔记本电脑“dynabook KIRA”采用的顶板，就是由住友电工制造的镁合金AZ91板材以冲压加工方式制成的。实现了富有金属光泽的效果。

AZ91很难进行塑性加工，此前是使用压铸和触变注射成型方式，住友电工通过在滚轧时控制其金属结构，成功制造出了压延材料。制成了冲压用板材。如果投入量产，就能够以等于或者低于压铸的价格制造结构材料（住友电工2013年12月在中国成立了用AZ91板材制造、销售电子产品外壳的公司）。

权田金属工业（总部：相模原市）也从2013年开始了镁合金压延材料成本削减的研究项目。目标是使成本减半，从现在的4000日元/kg，减少到2000日元/kg。

该公司在大约10年前开发出了以快速冷却法制造微细晶粒铸板的GTRC技术（原型是向双辊之间浇注镁合金的熔融金属进行铸造的双辊铸造工艺）。就铸造速度而言，一般的双辊铸造工艺每分钟能够铸造2～3米，该技术则实现了其10倍以上。现在，主要应用于AZ61薄板的量产（GTRC还能制造添加钙的阻燃性镁合金板）。该公司准备以这项技术为原型，改善轧辊和熔融金属的进给方法，以达到降低成本的目的。

挑战能源问题

最后来看用途的进化。不只是结构材料，将镁合金用作燃料电池和贮氢等能源相关材料的尝试也取得了进展。其实以前就知道镁合金理论上在此类用途具有卓越的能力，但实际上却没有充分发挥出来，因易腐蚀，所以工业上一直难以利用。

然而在最近，情况已经开始转变：东京工业大学及东北大学开发的镁燃料电池就是一个代表。这种电池能够提高燃料电池这种原电池的性能，并且延长其寿命。

另一方面，贮氢领域也在使用镁合金作为贮氢合金。Biocoke Lab（总部：东京）着眼于此，开发出了方便、安全的氢气储运技术，已经推出了产品。

韩国和中国也不甘示弱

热切关注克服了老毛病、积累了雄厚实力的镁合金的，不只是日本。诸如，2012年11月，韩国的钢铁企业浦项制铁公司（POSCO）建成了一座镁精炼厂。滚轧厂已经建成了量产2米宽板材的体制。韩国正准备把曾经完全依靠中国进口的镁锭料改为国产。而且，镁还被选为韩国政府在8年内投资250亿日元的材料研究计划的对象，举国上下都对镁的未来寄予了厚望。中国也在发挥自身的供应能力，加快开发镁的活用技术。

反观日本，虽说技术领先，但面临着韩国等世界多国的快速追击。既然镁合金拥有强大的潜力，在实用化难度已经降低的今天，倘若不加大开发和应用的力度，日本难保不会失败。

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。