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

    一、鎂及鎂合金的前期發(fā)展

    1808年,英國化學家SirHumphrey Davy用熔融電解法首先制得了金屬鎂.1828年,法國科學家比西(A.A.Bussy)用還原法從熔融的無水氯化鎂得到純鎂.1886年,以Bunsen的電解槽為基礎,德國建立了首 個商業(yè)性電解鎂廠,鎂合金在德國開始工業(yè)化生產.1910年世界鎂產量約10噸/年.1930年德國首次在汽車上運用鎂合金73.8Kg,1935年,蘇聯首次將鎂合金用于飛機生產,德國大眾用壓鑄鎂合金生產"甲殼蟲"汽車發(fā)動機傳動系統(tǒng)零部件,英國伯明翰首次將鎂合金運用到摩托車變速箱殼,到1930年世界鎂產量增長到1200噸/年以上.

    二戰(zhàn)期間是鎂工業(yè)的第 一個飛速發(fā)展期,從1935年開始,德、法、蘇、奧、意、美等國分別建立了鎂廠,鎂產能急劇增加,此期間鎂主要用來制造燃燒彈、照明彈、曳光彈、信號彈以及軍用裝備的零部件.1943年世界鎂產量達到23萬噸.然而,二戰(zhàn)結束后,鎂需求降低,產量急劇降低,1946年世界鎂產量降低到只有2.5萬噸/年,鎂合金發(fā)展進入了低潮期.此時,世界各國開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)逐漸轉向民用.

    直到20世紀90年代,由于歐洲和美國對汽車廢氣排放量、能源消耗、噪音的限制的進一步升級,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,世界各國政府高度重視鎂合金的研究與開發(fā),美國、日本、德國、澳大利亞等國家相繼出臺了自己的鎂合金研究計劃,把鎂作為21世紀的重要戰(zhàn)略物資,加強了鎂合金在計算機、汽車、航空航天、通訊等領域的開發(fā)與應用.德國1997年由聯邦政府出資了2500萬馬克的MADICA(Magnesium Die Casting)鎂合金研究開發(fā)計劃,主要研究快速原型化與工具制造技術、切削加工技術、壓鑄鎂合金工藝、連接技術和半固態(tài)成型工藝,并且將鎂合金應用在汽車、計算機、航空航天等領域,提高了鎂合金的應用能力.日本文部科學省也在1999年開始資助"先進鎂合金科學技術計劃"項目,由長崗科技大學、東京大學、東北大學、國立材料研究所等十多家機構共同完成,目的在于解決未來鎂合金的應用問題,研究方向主要有:鎂合金結構控制、鎂合金表面改性、鎂合金生態(tài)技術與新型功能材料的開發(fā).1992年開始,由于中國采用皮江法煉鎂的快速發(fā)展,使原鎂的價格降低到與鋁相當的程度,促使鎂合金進入了第二個飛速發(fā)展期.1995年在國際市場鎂價格上漲的拉動下達到了建設高潮,隨著皮江煉鎂生產工藝不斷的改進與完善,中國逐漸走上了符合中國國情的鎂工業(yè)之路.雖然1996年鎂價格下跌,但中國原鎂產量一直保持快速的增長勢頭,我國的純鎂產量從1990年的0.53萬噸增加至1999年底的15.7萬噸.歐美各大汽車公司以及電子行業(yè)對鎂合金汽車零部件和電子消費品外殼的研發(fā)投入了大量的人力物力和財力,帶動了鎂合金的研發(fā)和應用熱潮.2000年世界鎂實際產量達到43萬噸,其中,中國鎂產量達到19.5噸.此時研發(fā)和應用的鎂合金多為壓鑄鎂合金.

    二、21世紀鎂合金的發(fā)展

    進入21世紀,隨著汽車工業(yè)、軌道交通、航空航天和電子產品工業(yè)的飛速發(fā)展,以及人們對高品質生活的追求,對環(huán)保型、輕質、高性能材料的需求越來越來越高,各國政府和鎂合金協(xié)會相繼提出,發(fā)展新型高性能鎂合金,開發(fā)鎂合金生產加工新工藝新技術,生產出高質量、性能穩(wěn)定的多元化、多規(guī)格鎂合金產品,提高產品成品率和生產效率,推動鎂合金材料的進一步工業(yè)化生產和應用進程.鎂合金在世界范圍的規(guī)模工業(yè)化正在逐步實現,鎂合金發(fā)展進入了新一輪全新高速發(fā)展期.

    近年來,制約鎂產業(yè)發(fā)展的成本與環(huán)境因素已顯著改善.2008年全球金融危機后,以中國鎂產業(yè)為主體的世界鎂產業(yè)是恢復快的材料產業(yè)之一.2012年全球鎂產業(yè)的產量和消費量已基本恢復到金融危機前的水平,但成本和價格已大幅度下降,原鎂價格已降低到2007年價格的50%以下,而且鎂產業(yè)的能耗和污染也大幅度降低.與此同時,從2013年起,我國作為全球大的鎂生產國取消了自2008年開始執(zhí)行的鎂及鎂合金10%的出口關稅,直接導致國際市場鎂價格降低10%.

    近幾年,我國的鎂產量和出口量已連續(xù)多年居世界第 一.2017年,我國原鎂產量已達到近100萬噸,占全球總產量約80%,我國原鎂國內消費量首次超過出口量.我國近年來鎂產業(yè)的重要進展之一就是青海鹽湖鎂業(yè)10萬噸金屬鎂一體化項目全面建成,展現出良好的發(fā)展勢頭.該項目的成功投產,可在一定程度上緩解因硅鐵價格波動導致的皮江法原鎂價格波動.

    近十多年來,鎂合金應用量大幅度增加.初步統(tǒng)計,鎂合金使用量已增加到40萬噸左右.這表明,在鎂合金產業(yè)技術快速發(fā)展的同時,鎂合金產品開始獲得越來越多應用領域的認可.與此同時,鎂產業(yè)的政策環(huán)境也逐漸改善.特別是2016年我國國家領導人視察了青海鹽湖金屬鎂一體化項目,將從國家政策層面有力保障和推動鎂產業(yè)的健康發(fā)展.這些都為世界鎂產業(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.鎂合金市場需求量的大幅度增加、鎂產業(yè)技術的進一步發(fā)展和產業(yè)政策環(huán)境的進一步改善,有望在5-10年內促進鎂產業(yè)從百萬噸級上升到500萬噸級以上.

    三、結語

    從19世紀金屬鎂的發(fā)現到如今鎂合金已發(fā)展成為21世紀具有潛力的金屬材料之一,鎂合金正成為全球關注的戰(zhàn)略性材料.隨著鎂合金新材料和新技術的不斷涌現,鎂合金在當今世界經濟和社會發(fā)展中將扮演越來越重要的角色.