我国先进镁合金材料产业的市场需求前景分析

高性能稀土镁轻质结构合金

相较于普通镁合金材料，高性能稀土镁轻质结构合金材料在添加稀土后，具有强度高、韧性好、耐热耐蚀等显著优势，解决了制约镁合金材料广泛应用的关键问题，是推进我国航空、航天、汽车、轨道交通等领域轻量化发展的关键基础材料。我国镁、稀土资源丰富，合金成型及加工技术成熟，市场应用空间大，稀土镁合金轻质结构材料产业体系完整，可实现自产自销。

高性能稀土镁轻质结构合金材料未来的市场需求主要集中在：

①高性能镁稀土母合金、稀土镁合金短流程低成本制备技术开发及推广应用；

②面向应用的新型高性能稀土镁合金材料开发；

③先进加工成型技术及配套装备研发；

④完善稀土绿色冶炼分离技术，加快推广应用；

⑤面向材料生命周期的系统研究，建立“产学研用”协同发展平台；

⑥加快高性能稀土镁轻质结构材料应用速度，在未来3~5年内实现军用领域向民用领域转化，逐渐扩大市场规模，到2035年将替代普通镁合金材料的比例达到30%。

高强高导热镁合金材料

随着航空、航天、新一代武器装备、高速列车以及新能源汽车等领域的不断发展，高功率密度电磁器件的数量及排布密度不断增加，而运行过程中产生的热量必须即时导出，否则温度过高将严重影响设备运行的稳定性和可靠性，大大缩短各类器材的使用寿命，因此如何在轻量化背景下，快速有效导出器件生热是亟需解决的重要问题。

高强高导热镁合金材料及其制品生产成套技术是支撑飞机、高速列车、汽车以及电脑等散热组件发展的先进基础材料及关键技术，对实现上述装备轻量化、提高系统运行稳定性和使用寿命具有重要作用，到2035年，将替代同类普通高导热合金材料使用量超过30%。传统的高导热金属如Ag、Cu，由于密度太大（分别约为10.5g/cm3、8.9g/cm3）、价格高，难以满足实际应用要求。镁合金材料具有低密度的优势，是满足应用需求的潜在材料体系之一，但常用镁合金的导热系数与铝合金相比还有明显差距，因此，导热系数>125W/(m·K)的高强高导热镁合金材料及其制品的制备加工技术是该领域发展的主要方向。

高强高导电镁合金材料

手机、全球定位系统（GPS）/北斗卫星导航系统和宽带网络系统等会因高频电磁波干扰产生噪声影响通信品质，普通笔记本电脑运行时容易受电磁信号外泄影响导致信息或数据泄漏。另外，人体如果长期暴露于强力电磁场下或者脑部长期近距离接触电磁源，则可能容易诱发癌症病变。因此，电磁屏蔽既能防止电子设备发射的电磁波对其他设备及人体产生影响，同时也能保护该电子设备不受其他设备的干扰。优良的电磁屏蔽效果是信息家电发展必备且势在必行的选择。电磁屏蔽效果主要取决于电磁仪器设备外壳材料的导电性能情况，导电性能越好，对应的电磁屏蔽效果越优。

传统的高导电金属如Ag、Cu，由于密度太大且价格高，难以满足信息家电领域的应用需求，从而对密度比铝合金低、导电率大于常用铝合金的散热材料提出了迫切需求。镁合金材料具有低密度优势，是满足上述需求的潜在材料体系之一，但与铝合金相比常用镁合金材料的导电率还有明显差距。因此，导电率>17MS/m的高强高导电镁合金材料及其制品的制备加工技术是该领域今后发展的主要方向，在产品减轻重量、提高系统运行安全性、保障相关人员健康等方面发挥着重要作用。预计到2035年，高强高导电镁合金材料替代同类普通材料的用量将超过25%。

超高强镁合金材料

超高强镁合金材料是支撑航空、航天、新一代武器装备、高速列车以及新能源汽车等高端装备不断升级发展的先进基础材料。我国在超高强变形镁合金研发与应用方面处在世界前列。但从进一步扩大镁合金材料应用的角度来看，现有的高强度镁合金材料在比强度、比刚度、断裂韧性以及性能稳定一致性等方面还有明显不足，使镁合金材料在上述领域的应用及提高其终端产品竞争力方面受到严重制约，是当前亟需解决的发展难题。超高强镁合金材料及其强韧化变形加工技术是镁合金领域发展的主要方向，预计到2035年，超高强镁合金材料替代同类普通材料量将超过20%。

Mg-Al系、Mg-Zn系、ZK系镁合金材料

当前，镁合金牌号众多，已在多领域大量应用的合金系列为Mg-Al系合金，特别是在铸造过程中表现出工艺稳定、烧损较小、室温条件下有着优异力学性能和高强耐腐蚀行为的AZ91镁合金。在变形镁合金方面，获得大量应用的是Mg-Zn系合金，其在热处理过程中表现出优异的时效强化行为。在该系列中，从合金牌号ZM81的相关研究来看，其表现出比Mg–Al合金更优异的力学性能。ZK系合金主要为Mg-Zn-Zr系镁合金，是目前应用最多的变形镁合金之一，代表是ZK61镁合金，其经高温成型冷却和人工时效处理后，抗拉强度大于300MPa，具有良好的塑性及耐蚀性，可加工性良好，能制造形状复杂的大型锻件。

轻稀土Mg-RE系镁合金材料

我国稀土资源储量居于世界第一位，在稀土开采、冶炼分离等方面具有优势。但目前16种稀土元素（Pm除外）的应用是不平衡的，存在轻稀土闲置、滞销等问题，导致国内以La、Ce等元素为主的稀土形成了大量积压。目前，随着汽车轻量化、电子通信等领域相关产业需求的不断扩大，各大终端企业和材料生产厂家一直致力于轻量化部件的研发，对镁合金材料的性能要求达到前所未有的高度，甚至产生许多结构功能一体化的需求。这给稀土镁合金的发展带来了新的机遇，尤其是轻稀土镁合金的开发应用，充分发挥La、Ce等稀土在镁合金材料中的优势作用，应用前景十分广阔。

与Mg-Al、Mg-Zn系合金相比，稀土元素合金化后的Mg-RE系合金，铸造过程中的工艺性能更加稳定，且在力学相关实验中表现出更加优异的力学行为。La、Ce稀土在镁合金中应用发展比较成熟的是AE系镁合金，主要是以混合稀土形式加入，典型代表如AE44、AE41镁合金，具有优异的力学性能，尤其是在延伸率上远远超过AZ91、AM60等传统非稀土镁合金。Mg-RE系合金良好的流动性使其易于压铸成型，价格优势明显，可满足民用产品的规模化生产，如已应用于汽车变速箱壳体等零部件。另外，轻稀土在Mg中的固溶度很低，有利于提高镁合金的导热性能，未来在与第五代移动通信技术相关的电子产品、基站、接入网络设备等的结构件上应用潜力很大。面向民用市场的高性能轻稀土镁合金材料的应用开发，有助于促进稀土元素的平衡应用，解决La、Ce等高丰度稀土元素的积压问题，扩大稀土在新领域的应用，加快稀土产业转型升级，彰显稀土资源在我国高新技术产业中的战略价值和支撑作用。

新型超塑性镁合金材料

新型超塑性镁合金材料生产成本相对较低、利润较高，在镁合金材料生产和应用中竞争优势明显。已有研究表明，我国研发的新型超塑性镁合金性能指标优于日本生产的同类产品，具有室温强度高（抗拉强度>350MPa、屈服强度>250MPa），冲压过程中的超塑性变形能力强（中、低温延伸率为100%~200%，高温延伸率为700%~800%）。未来需进一步加强该类材料研究，为航空、航天技术领域的发展提供支撑。

新型高强高塑铸造镁合金材料

铸造镁合金有着优良的铸造性能、加工切削性能及高的比强度和比刚度等优点，在航空和航天领域已广泛用于飞机蒙皮、舱体、发动机部件等结构复杂、大体积薄壁件的制造。随着航空、航天、汽车、轨道交通等领域的不断发展，对轻型复杂结构薄壁零件的需求旺盛，因此发展铸造流动性高、强度优良（抗拉强度>300MPa）、塑性高（伸长率>10%）的新型铸造类镁合金材料意义重大。

超轻Mg-Li合金材料

Mg–Li合金的密度为1.35~1.65g/cm3，具有超轻高塑性特征，是一种超轻合金材料。美国已将Mg-Li合金应用于制造装甲输送车、航空和航天领域的非结构与次级结构件等。俄罗斯采用Mg–Li合金制成了航天器用的电器仪表件和外壳等零部件。日本把Mg-Li合金用于电子产品壳体和音响振膜等。我国近年来将Mg-Li合金应用于卫星仪表壳体件的制造中。在未来，随着研究的深入及技术的发展，超轻Mg-Li合金将会在航空、航天、汽车、计算机、通信和消费电子产品等领域有着更加深入广泛的应用。

高性能耐高温系镁合金

目前，高性能耐高温系镁合金已经在汽车发动机罩盖、缸体、引擎活塞及高速飞行器舱体等零部件上有着广泛应用。目前，各国研究者关于高性能耐高温系镁合金的研究大部分还是聚焦于Mg、Al、Zn系的性能调控及稀土元素的合金化行为。其中，高温力学性能最好的是以Mg-Gd系为代表的的镁稀土合金体系。目前亟需解决同步提高强度和塑性的问题，具体措施包括控制析出相形态分布、细化组织和降低杂质含量。另外，镁合金铸造性能应被重视，即合金设计时需综合考虑力学性能和铸造性能。就性能指标而言，超高强（强度>400MPa）耐热（使役温度>250℃）镁合金是目前国家亟需攻关的一类关键材料。随着技术不断地开发与发展，高性能耐高温系镁合金将会在汽车动力系统部件、航天飞行器等对材料强度、耐高温能力及材料轻量化有着苛刻要求的领域中得到广泛应用。

高性能新型镁基复合材料

一般的镁合金材料具有绝对强度不高、刚度较低、耐磨性和抗蠕变性较差等问题，限制了其在一些结构件和高温环境下的应用，可通过添加颗粒、晶须或纤维等增强体加以有效解决。并且，通过增强体的类型、形状、尺寸、含量等的使用可有效调控镁基复合材料的各项性能以满足应用需求。镁基复合材料目前大多采用粉末冶金方法来制备小尺寸构件，大规格镁基复合材料的高质量和高效制备是产业界亟需解决的问题。