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丁文江院士團隊攻克鎂的世界性難題

丁文江院士團隊攻克鎂的世界性難題

鎂的三大“劣根性”：易燃燒、強度低、易腐蝕，過去嚴重制約了我國鎂合金技術和產品的發展

鎂合金是以鎂為原料的高性能輕型結構材料，比重與塑料相近，剛度、強度不亞于鋁，具有較強的抗震、防電磁、導熱、導電等優異性能，并且可以全回收無污染。鎂合金質量輕，其密度只有1.7 kg/m3，是鋁的2/3，鋼的1/4，強度高于鋁合金和鋼，比剛度接近鋁合金和鋼，能夠承受一定的負荷，具有良好的鑄造性和尺寸穩定性，容易加工，廢品率低，具有良好的阻尼系數，減振量大于鋁合金和鑄鐵，非常適合用于汽車的生產中，同時在航空航天、便攜電腦、手機、電器、運動器材等領域有著廣泛的應用空間。

一、鎂合金的優點

鎂合金密度小但強度高、剛性好。在現有工程用金屬中，鎂的密度最小，是鋼的1/5，鋅的1/4，鋁的2/3。普通鑄造鎂合金和鑄造鋁合金的剛度相同，因而其比強度明顯高于鋁合金。鎂合金的剛度隨厚度的增加而成立方比增加，故而鎂合金制造剛性好的性能對整體構件的設計十分有利。

鎂合金的韌性好、減震性強。鎂合金在受外力作用時，易產生較大的變形。但當受沖擊載荷時，吸收的能量是鋁的1.5倍，因此，很適合應于受沖擊的零件—車輪；鎂合金有很高的阻尼容量，是避免由于振動、噪音而引起工人疲勞等場合的理想材料。

鎂合金的熱容量低、凝固速度快、壓鑄性能好。鎂合金是良好的壓鑄材料，它具有很好的流動性和快速凝固率，能生產表面精細、棱角清晰的零件，并能防止過量收縮以保證尺寸公差。由于鎂合金熱容量低，與生產同樣的鋁合金鑄件相比，其生產效率高40%～50%，且鑄件尺寸穩定，精度高，表面光潔度好。

鎂合金具有優良的切削加工性。鎂合金是所有常用金屬中較容易加工的材料。加工時可采用較高的切削速度和廉價的切削刀具，工具消耗低。而且不需要磨削和拋光，用切削液就可以得到十分光潔的表面。

資源豐富。中國是鎂資源大國，菱鎂礦、白云石礦和鹽湖鎂資源等優質煉鎂原料在中國的儲量十分豐富，為中國的原鎂工業及“下游”產業的蓬勃發展和不斷進步提供了物質保證。進入20世紀90年代以來，隨著改革開放和市場經濟的不斷深入發展，中國鎂工業也有了突飛猛進的發展。2000年全國鎂產量約為200 kt，幾乎占世界鎂產量的40%，位居全球第一。2005年，原鎂產量達到354 kt，原鎂產能接近600 kt，比2004年凈增100kt，同比增長32.1%，占全球鎂產量的2/3，成為中國繼鋁、銅、鉛、鋅之后的第五大有色金屬。

二、鎂合金的缺點

1 易燃性

鎂元素與氧元素具有極大的親和力，其在高溫下甚至還處于固態的情況下，就很容易與空氣中的氧氣發生反應，放出大量熱，且生成的氧化鎂導熱性能不好，熱量不能及時發散，繼而促進了氧化反應的進一步進行，形成了惡性循環，而且氧化鎂疏松多孔，不能有效阻隔空氣中氧的侵入。

2 室溫塑性差

鎂屬于密排六方晶體結構，其在室溫下只有1個滑移面和3個滑移系，因此它的塑性變形主要依賴于滑移與孿生的協調動作，但鎂晶體中的滑移僅發生在滑移面與拉力方向相傾斜的某些晶體內，因而滑移的過程將會受到極大地限制，而且在這種取向下孿生很難發生，所以晶體很快就會出現脆性斷裂。在溫度超過250℃時，鎂晶體中的附加滑移面開始起作用，塑性變形能力變強。

3 耐蝕性差

鎂具有很高的化學活潑性，其平衡電位很低，與不同類金屬接觸時易發生電偶腐蝕，并充當陽極作用。在室溫下，鎂表面與空氣中的氧發生反應，形成氧化鎂薄膜，但由于氧化鎂薄膜比較疏松，其致密系數僅為0.79，即鎂氧化后生成氧化鎂的體積縮小，因此耐蝕性很差。

交大丁文江院士團隊攻克鎂的世界性難題

鎂的三大“劣根性”：易燃燒、強度低、易腐蝕，過去嚴重制約了我國鎂合金技術和產品的發展。

丁文江院士科研團隊在國際上較早地開展阻燃鎂合金的研究，讓鎂合金燃點從520℃大幅提高至935℃以上。燃點大大提升，使大氣中無保護的鎂合金熔煉與生產成為可能，目前，該技術已應用于電子產品外殼和汽車變速箱等產品批量生產。

常規鎂合金比較軟，承力比較差。丁文江院士提出將中國的優勢資源稀土與鎂相結合來研制具有中國特色的高性能鎂合金，采用Gd、Y等重稀土元素進行合金化并結合固溶強化、時效強化、細晶強化等手段，發明了室溫和250℃下抗拉強度都較高的高強度變形鎂合金(JDM2)，成為目前世界上工業應用強度最高的鎂合金，已成功應用于航空航天等領域的關鍵承力件。

鎂活性大、易反應、產生大量氧化渣的這一世界性難題，在丁文江院士團隊幾十年不斷的研發和探索中，被攻克了！丁文江院士團隊發明了大尺寸方孔多級電磁凈化方法、多級多介質連續深度凈化方法等新的凈化方法與裝備，解決了一系列的世界性難題，為高品質輕合金制品批量生產提供了堅實的材料保障。

三鎂合金3D打印

“鎂”好未來

鎂，對人體溫和，具有很好的可吸收性和生物相容性。醫用鎂合金在骨科植入物中具有與骨接近的密度和彈性模量，且具有可控的腐蝕速率。清華大學溫教授認為，鎂合金在心血管植入和骨修復領域具有很好的應用前景。

WE43合金是一種較有潛力的可實現臨床應用的生物可降解金屬材料，但目前的應用比較有限。鎂合金多孔支架的應用難點在于成形過程中鎂的高易氧化、蒸發、熱膨脹和粉末附著等問題，利用增材制造技術制作的生物可降解金屬多孔支架，有望解決結構定制化和生物降解的雙重挑戰。

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