從人類最早期的原始工具到第一次嘗試飛行，我們就一直在尋找又輕又強壯的材料。尤其是在汽車、飛行等產品的設計中，考慮到安全和可靠性的需求，金屬材料無疑是公認的首選，但鋼鐵的重量無疑讓設計人員倍感苦惱，那麼，有沒有一種金屬可以滿足人們對輕量化設計的需求呢？鎂（合金）就是最佳的選擇。
鎂（Mg）是地殼中第八豐富的元素，比鋁輕33％，比鈦輕60％，比鋼輕75％。加入其他元素組成的鎂合金，同樣具有密度小、比強度高、彈性模量大、導熱性和消震性好、電磁屏蔽性能強、生物兼容性佳、易於回收等突出優點，被美譽為“21世紀綠色結構材料”，也被很多行業專家標榜為未來金屬界的明星材料之一。
在當今世界能源與環境問題日益突出的嚴峻形勢下，鎂合金在汽車工業、通訊電子業和航空航天工業等領域正得到日益廣泛的應用。我國是世界上鎂礦資源最豐富的國家之一，可利用的鎂礦資源產量約佔世界總儲量的70%，因而在發展鎂材料產業上有顯著的資源優勢。
圖2.1鎂合金的應用示例 (a) 輕型導彈殼；(b) 座椅框架；(c) 汽車輪轂；(d) 筆記本外殼；(e) 犧牲陽極材料；(f) 醫用鎂合金縫合線
純鎂的密度為1.738 g/cm3，鎂合金的密度也僅為1.75-1.90 g/cm3，約是鋁合金的2/3，鋼的1/4。鎂合金的比強度明顯高於鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金相當，遠遠高於工程塑料。在當前汽車工業尤其是新能源汽車行業大幅發展的背景下，用鎂合金做結構件可以顯著減輕汽車自重，有效降低燃油消耗，提高燃油經濟性，同時降低汙染排放。鎂合金在汽車上最具潛力的應用是整體結構部件，如方向盤、發動機罩、後備行李箱蓋、車頂板、車體加強板、內側車門框架和後部車廂隔板，部分高強耐熱鎂合金甚至可以用於發動機汽缸體和汽車輪轂。
鎂合金與鋁合金、鋼、鐵相比，具有較低的彈性模量，在同樣受力條件下，可消耗更大的變形功，具有降噪、減振功能，可承受較大的衝擊震動負荷。鎂合金的這些特點可以滿足航空航天等高科技領域對輕質材料吸噪、減震和防輻射的要求，從而改善飛行器的氣體動力學性能和明顯減輕結構重量。從20 世紀40 年代開始，鎂合金首先在航空航天部門得到了應用。關注材料科學與工程公眾號學習更多。在國外，B-36重型轟炸機每架用到4086kg鎂合金簿板；“德熱來奈”飛船的起動火箭“大力神”曾使用了600kg的變形鎂合金；“季斯卡維列爾”衛星中使用了675kg的變形鎂合金；直徑約1米的“維熱爾”火箭殼體也是用鎂合金擠壓管材製造的。我國製造的殲擊機、轟炸機、直升機、運輸機、民用機、機載雷達、地空導彈、運載火箭、人造衛星、飛船上也均選用了鎂合金構件。
鎂合金具有良好的導熱和導電性能，雖然鎂合金的導熱能力不及鋁合金，但遠高於塑料、樹脂，同時鎂合金具有良好的電磁屏蔽性能，非常適合用於製造電子產品的金屬外殼、機罩。一些電子通訊知名品牌企業已經成功將鎂合金用於製造個人便攜式電腦、手機、攝錄影器材等電子產品外殼。在2003年全球出貨的3000萬檯筆記本電腦中，採用鋁和塑膠機殼的比重達75%，使用鎂合金的比重僅25%，但2004年筆記本電腦採用鎂合金機殼的比重就提高到了50%以上。
雖然鎂合金擁有眾多吸引人的性能優勢，但由於其自身固有的一些性能缺點，以及當前的技術制約，使其仍然難以進行廣泛的推廣利用。材料界的泰斗——師昌緒院士就曾指出鎂合金的發展存在三大瓶頸, 即缺乏有效析出相、易腐蝕和難變形。這三大問題也是發展新型高性能鎂合金面臨的主要障礙。
鎂的電極電位低，化學性質活潑，導致鎂合金產品容易腐蝕。因此，腐蝕問題也是阻礙鎂合金應用的一個關鍵因素。改善鎂合金的耐蝕性能，目前主要有兩種技術方式，一種是通過合金化和純淨化處理來提高鎂合金基體本身的電極電位，或者形成表面自癒合防護膜，增強自身對環境腐蝕的抵抗能力；另一種是通過表面防護處理，形成表面保護膜而防止基體的腐蝕。由於前者受到鎂自身化學特性的限制，未取得應用上的突破性進展，故目前國內外多致力於表面防護技術的研究開發，在目前廣泛使用的微弧氧化表面處理技術基礎開拓了一些新的表面處理技術，並取得了較好的成果。
大力發展鎂合金的應用，必須以加快鎂合金的基礎研究為前提。加強對鎂合金強韌化機理及塑性變形機制的基礎理論研究，從根本上認識鎂合金的強化及塑性變形機理，同時必須加強對鎂合金腐蝕機理和失效機制的研究。在此基礎上創造有利於鎂合金變形的應力應變條件，開發新型高性能鎂合金體系，通過先進變形鎂合金加工工藝，生產製備出具有高強、耐熱耐蝕，以及良好變形性能的優質鎂合金。
閱讀更多 材料material 的文章
