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??隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，金屬材料的消耗與日俱增，金屬礦產(chǎn)資源逐漸趨于枯竭。鎂是地球上儲量最豐富的元素之一，在地殼表層金屬礦的資源含量為2.3%，位居常用金屬的第4 位，此外在鹽湖及海洋中鎂的含量也十分可觀，如海水中鎂含量達(dá)2.1×1015 噸。在很多金屬趨于枯竭的今天，加速開發(fā)鎂金屬材料是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。由國際著名鎂合金專家聯(lián)合撰寫的“鎂基合金”（師昌緒、柯俊、R.W 卡恩主編《材料科學(xué)與技術(shù)》叢書第8 卷）一文指出：“在材料領(lǐng)域中，還沒有任何材料像鎂那樣潛力與現(xiàn)實有如此大的顛倒。

鎂發(fā)展回顧

1808年科學(xué)家在實驗室制得純鎂，1886年鎂合金在德國開始工業(yè)化生產(chǎn)，1930年德國首次在汽車上使用鎂合金73.8Kg；1935年蘇聯(lián)首次將鎂合金用于飛機(jī)生產(chǎn)；1936年德國大眾使用壓鑄鎂合金生產(chǎn)"甲克蟲"汽車發(fā)動機(jī)傳動系統(tǒng)零件，1946年達(dá)到單車鎂合金用18Kg；1938年英國伯明翰首次將鎂合金運(yùn)用到摩托車變速箱殼。20世紀(jì)40年代皮江煉鎂法發(fā)明，由于工藝簡單，生產(chǎn)成本大幅降低，使全世界的原鎂產(chǎn)量大幅增加。而這些鎂合金也在戰(zhàn)爭中使用的最多。

在第二次世界大戰(zhàn)中，飛機(jī)上頻繁使用鎂合金。這也是鎂合金使用的高峰期，那時數(shù)千噸的鎂合金板材（為了簡潔起見，除非給出具體的名稱，鎂合金將被稱為“鎂”）、擠壓件和鑄件被生產(chǎn)。但是直到現(xiàn)在差不多近80年以后，鎂的使用尚未實現(xiàn)、或者說滿足其工業(yè)，民用或軍事應(yīng)用的潛力。汽車行業(yè)在過去的十年中使用了鎂的數(shù)量增加了四倍，但新的潛力的開發(fā)和軍事應(yīng)用卻很少。

由于鎂的低密度和實用性，在第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）和第二次世界大戰(zhàn)（1939 - 1945）期間，人們大量的使用鎂。第一次世界大戰(zhàn)的主要應(yīng)用包括示蹤劑、燃燒彈和彈藥（目前為止也依然在這些領(lǐng)域使用鎂）。在第二次世界大戰(zhàn)期間，能夠高速、大范圍、大容量的向遠(yuǎn)處的戰(zhàn)區(qū)提供部隊和物資變得至關(guān)重要。由于早期的往復(fù)式和噴氣式發(fā)動機(jī)的動力限制，因此人們使用鎂來減輕重量以增加有效載荷和范圍。事實上，從1941年到1944年，13個國家建立工廠來滿足供應(yīng)軍事需求。在這期間，也出現(xiàn)了很多有趣的應(yīng)用：例如開發(fā)了由AZ31和ZK60制備的支撐梁和由AZ31板材做頂層甲板組成的8.5英尺×25英尺的空中交付平臺，該平臺能夠處理高達(dá)17000磅的貨物，在各種地形下落時幾乎沒有損壞。到目前為止，鎂的最大的用途是用于軍用飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼蒙皮，結(jié)構(gòu)框架構(gòu)件，車身板，裝飾板/地板，支架，發(fā)動機(jī)壓縮機(jī)外殼，變速箱外殼和起落架的板材，板材，鍛件，擠壓件，管材和鑄件車輪。

當(dāng)時，在很多飛機(jī)上廣泛使用鎂元素，那時最主要的代表實例就是B-36轟炸機(jī)的設(shè)計，被稱為“世界鎂的奇跡”。B-36轟炸機(jī)使用了5,555公斤（12,200磅）的鎂板，覆蓋了25％的外部機(jī)身；700公斤（1,500磅）的鎂鍛件和300公斤（660磅）的鎂鑄件。 ?在B-36之后，B-47使用了5,500千克（12,000磅）鎂。

二戰(zhàn)后，軍隊對鎂的需求急劇減少。美國的鎂產(chǎn)量從1943年的18.4萬噸下降到1946年的5300噸。更好的飛機(jī)設(shè)計和更強(qiáng)大的發(fā)動機(jī)減少了對鎂元件的應(yīng)用，甚至在一些情況下完全摒棄對鎂的應(yīng)用。 但是1950-1953年的朝鮮戰(zhàn)爭，鎂又再次被重用。到1951年底，美國政府組建的鎂工廠上線。應(yīng)用的范圍從深沖AZ31制備的MB-2救生工具包（在1947年至1960年期間生產(chǎn)15000個）到Sikorsky H-19 Chickasaw大型旋轉(zhuǎn)翼飛機(jī)，并且H-19是所有飛機(jī)中使用鎂鑄件和薄板所占比例最高的（按重量計）。

二十世紀(jì)五十年代，鎂被用于導(dǎo)彈和軍械部件。美國開發(fā)了一種使用鎂做彈殼的105mm穿甲彈，現(xiàn)在仍在使用。獵鷹GAR-1是一種空空導(dǎo)彈，于1956年首次投入使用，含有90％的鎂結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定器框架是AZ91B壓鑄件，方向舵ZK60AT5鍛件，彈身是厚度為0.040的AZ31B-H24鋼板和ZK60A-T5鋼管。

那時，陸地車輛也大量的使用鎂。20世紀(jì)50年代中期和60年代，越戰(zhàn)期間（1959-1975）主要使用M-274“騾子”運(yùn)輸車，作為前線彈藥和補(bǔ)給運(yùn)輸車。M-274重量只有870磅，可以在90-150英里的范圍內(nèi)運(yùn)輸1000磅。它的輕量化是由鑄造鎂軸殼體和車輪以及擠壓鎂合金平板實現(xiàn)的。

另一個越南戰(zhàn)爭時代使用鎂成分的陸地（和海洋）運(yùn)輸工具是M116“赫斯基”兩棲運(yùn)兵車（1957-1973）：17葉散熱器冷卻風(fēng)扇和排氣百葉窗，以及底盤和車頂結(jié)構(gòu)都由鎂制成。60磅的底盤覆蓋24.8平方英尺，由11.1英寸寬，1英寸厚的AZ31B擠壓件組成。M113布拉德利裝甲運(yùn)兵車（1960-1984）具有類似的底盤，甚至用鎂鋰合金（14％的鋰和2％的鋁）。改進(jìn)版型號為M113的XM474E2型導(dǎo)彈運(yùn)輸車有兩個11英尺長，10英寸寬的擠壓鎂通道，每個重量只有85磅，可以支撐總重量為16000磅。

應(yīng)用中的問題

單純的低機(jī)械性能和彈道性能不足以降低鎂的使用量。但是可見的腐蝕性和可燃性卻能極大的限制了鎂的使用。并且這個問題在二十世紀(jì)五十年代和六十年代就顯露出來了。可燃性的問題是來自于燃燒武器中的鎂的大量使用，但是更多的是來自高中課堂上的鎂條的照明實驗。腐蝕問題的認(rèn)知則不是那么簡單。眾所周知，鎂具有較差的一般腐蝕和電偶腐蝕阻力，這很大程度不利于設(shè)備維護(hù)和產(chǎn)品長壽命。即使在保護(hù)性熔覆氣體和阻隔涂層的高純度鑄造的技術(shù)發(fā)展下（例如Dow17?陽極氧化），鎂產(chǎn)品的正常使用也會導(dǎo)致磨損和磨損引發(fā)腐蝕的機(jī)械損傷。不良的設(shè)計涉及不同金屬的連接和裂縫導(dǎo)致水分的聚集更加劇了這個問題。一個典型的例子是鎂輪的點蝕；這也迫使美國空軍用鋁合金替換所有鎂飛機(jī)輪子。1987年，美國陸軍材料技術(shù)實驗室腐蝕與防控中心（美國陸軍研究實驗室最近的一個先行者）主辦了一個關(guān)于軍用鎂硬件使用壽命的研討會。這次會議的主題就是腐蝕問題。在會議上，關(guān)于鎂的應(yīng)用前景得到認(rèn)可，確定鎂是發(fā)動機(jī)零件合適的材料，但是確保部件的腐蝕問題是推進(jìn)其應(yīng)用發(fā)展的最大障礙。因此要推進(jìn)鎂在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，就必須解決腐蝕問題，而生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)品的良品率、受保護(hù)部件和后期維護(hù)則是克服腐蝕問題的關(guān)鍵因素。

由于鎂元素極為活潑，鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒，因此，鎂合金的生產(chǎn)難度較大；鎂合金的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟和完善，特別是鎂合金成形技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展；現(xiàn)有工業(yè)鎂合金的高溫強(qiáng)度、蠕變性能較低，限制了鎂合金在高溫（150～350℃）場合的應(yīng)用；鎂合金的常溫力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度和塑韌性有待進(jìn)一步提高；鎂合金的合金系列相對很少，變形鎂合金的研究開發(fā)嚴(yán)重滯后，不能適應(yīng)不同應(yīng)用場合的要求。

問題的解決

五十年的應(yīng)用實踐讓科學(xué)家們認(rèn)識到鎂應(yīng)用的局限性比較明顯：接觸反應(yīng)，差的耐腐蝕性和低拉伸強(qiáng)度。此外，低溫成形性差，斷裂韌性低，高溫蠕變響應(yīng)差和成本問題也是其應(yīng)用的限制。

腐蝕是一個長久的問題。對于腐蝕問題，科學(xué)家們已經(jīng)意識到其主要有電偶腐蝕和一般腐蝕兩種情況。對于電偶腐蝕，高純度鎂合金可以通過限制Fe，Co，Ni和Cu的含量顯著改善了其耐腐蝕性。對于一般腐蝕，可以通過限制鎂與腐蝕性環(huán)境接觸，現(xiàn)代解決方案主要包括電化學(xué)電鍍，轉(zhuǎn)化涂層，陽極氧化，氣相沉積工藝，激光表面合金化/包覆和有機(jī)涂層。涂層解決方案如Tagnite?陽極氧化自1996年以來，就被用在西科斯基CH53海軍直升機(jī)，普惠F-22，海洋遠(yuǎn)征部隊車輛（EFV）和波音阿帕奇直升機(jī)等的鎂元件上。此外，美國陸軍研究實驗室開發(fā)了冷噴涂技術(shù)，成為一種成本效益和技術(shù)上都可行的解決方案，用于鎂組件的現(xiàn)場修復(fù)和表面保護(hù)。除了合金設(shè)計和涂層，工程師現(xiàn)在還通過優(yōu)化接頭設(shè)計，采用絕緣金屬，控制制造過程和定制維護(hù)計劃來減輕腐蝕。

隨著含有稀土的鎂合金系列（AE，AX，AJ，WE和Elektron系列）的研究，鎂合金的強(qiáng)度基本得到了解決。WE合金（Mg-Y-稀土）具有較高屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，優(yōu)異的耐腐蝕性以及在高溫（高達(dá)250℃）下保持其強(qiáng)度性能。Elektron合金，如Elektron 21和Elektron 675具有與其結(jié)構(gòu)相當(dāng)鋁合金一樣的高強(qiáng)度。此外，強(qiáng)度問題也可通過鑄造和鍛造領(lǐng)域的創(chuàng)新加工技術(shù)解決。觸變成型，雙輥鑄造，快速凝固和等通道角擠壓已被廣泛研究，通過細(xì)化晶粒尺寸，從而增強(qiáng)鎂合金。

鎂產(chǎn)業(yè)鏈中涉及的另一重要研究領(lǐng)域是鎂合金二次資源的綜合利用和鎂制品全生命周期評價。世界主要發(fā)達(dá)國家已把鎂合金二次資源再生利用作為本國鎂產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。液態(tài)法重熔鎂合金是鎂合金二次資源再生利用的主要方法，但熔鑄過程的阻燃保護(hù)劑涉及到具有嚴(yán)重溫室效應(yīng)的以SF6為組分的保護(hù)氣體。面對這一現(xiàn)狀，國外雖然開展了SF6 替代氣體的研究開發(fā)，但由于迄今難以獲得與SF6 媲美的保護(hù)氣體，人們又把目光轉(zhuǎn)向研究開發(fā)能將含SF6保護(hù)氣體有效回收循環(huán)利用的技術(shù)，以便最大限度地減少SF6的排放。此外，鎂制品全生命周期的生態(tài)效益評價伴隨著鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大已成為世界范圍內(nèi)鎂研究的一個迫切要求。對我國而言，由于原鎂生產(chǎn)技術(shù)的落后，其環(huán)境負(fù)荷大小不僅成為國內(nèi)日益重視的環(huán)境問題，而且也受到國外高度關(guān)注。????

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