先进镁基材料山西省重点实验室 用科技创新 开辟“镁”好未来

镁及镁合金的重要性越来越受到全球的广泛关注。随着社会的发展，镁基新材料产品正在运用于国民经济的各个领域。比如，笔记本电脑、手机等各类电子产品；门槛梁、防撞梁、横梁等汽车结构件；心血管支架、接骨板等医疗器械；列车座椅、电网接触支架等轨道交通装备……受新能源汽车、新基建等下游旺盛的需求带动，镁基新材料的应用场景还在持续广泛拓展，对镁基新材料的研究和开发，也迫在眉睫。

（▲“第五届全国镁合金青年学术会议”）

先进镁基材料山西省重点实验室（以下简称“实验室”）以太原理工大学为依托，紧紧围绕我省14个战略性新兴产业布局（特种金属材料——镁及镁合金制造），开展低成本、高性能镁基材料设计、制备、成形及表面改性等方面的研究工作，发展镁合金深加工产品，提高资源就地转化率和产品附加值，致力于提升我省金属材料行业整体竞争力，促进传统产业转型升级，构建区域竞争新优势。

深耕镁基新材料 开拓未来镁基伟业

镁是世界上最轻的有用金属材料，在国防工业、航空航天、交通运输等领域发挥着重要作用。同时，镁也是可用的储氢密度最高的金属材料，在能源、医学和农业领域的创新应用优势显著。

“实验室以镁基材料的设计、制备及表征为主要特色，紧密结合国内外学科发展趋势及国家和山西省经济社会发展需求，以镁合金设计与制备、高性能镁基复合材料、镁基复合板制备与薄壁件成形三方面为主要研究方向。”据实验室主任、太原理工大学分析测试中心主任梁伟介绍，在镁合金设计与制备方面，实验室形成了镁合金纯净化、均质化、细晶化及成分控制新原理和新方法，能有效调控合金的凝固过程、大幅度提高合金的冶金质量，制备出新型高强、耐热镁合金，发展和夯实高性能镁合金的技术基础、工程化基础和产业化基础，以推动技术研发与产业发展的紧密结合，提升传统铸造技术和发展先进铸造技术，包括真空压铸技术和低压铸造技术，为未来规模化生产和应用提供技术支持。

（▲高塑性镁合金板）

在高性能镁基复合材料方面，实验室针对镁合金模量低、耐磨性差、热膨胀系数高等缺点，开展颗粒增强镁基材料的研究工作。分析颗粒增强镁基材料在液态成形过程中的凝固特征，探讨颗粒对基体中第二相形貌、尺寸和分布的影响规律，优化颗粒增强镁基材料的液态成形工艺，实现颗粒增强镁基材料显微组织与力学性能控制。

在镁基复合板制备与薄壁件成形方面，实验室实现了宽幅面镁铝复合板的制备，阐明其塑性变形微观机制和塑性成形行为，揭示铝镁层合板半固态金属层界面的形成及与碳纤维的复合机制，实现镁合金的塑性变形及加工过程多尺度数值模拟，为轻质高强耐蚀镁铝复合板的制备及构件的塑性形成形，以及高强镁基复合材料的开发提供理论基础和加工技术。

“目前，实验室各方向研究内容紧密衔接、相互支持，涵盖了镁基复合材料领域的前沿基础科学问题和关键共性技术。”梁伟表示。

突破关键核心技术 提升创新支撑引领力

“镁合金密度仅为铝的三分之二、钢的四分之一，在轻量化带动节能减排降碳等方面的作用愈发凸显。”实验室科研人员史权新告诉记者，镁(Mg)约占地壳的2.7%，密度约为钢的23%，铝的66%，是工业中广泛使用的金属，特别是在节能和环境友好的应用中。“一般来说，镁合金的耐蚀性与其机械强度成反比，这在大量的超细晶或析出强化镁合金中得到了很好的证明。”谈到专业知识，史权新打开了话匣子，“纯镁的机械强度较低，不能满足工程应用的要求，因此，制备超高强度、高耐腐蚀镁合金具有重要意义。”

（▲预置拉伸孪晶前后镁合金薄板的力学性能）

近年来，实验室发明了多元微合金化与大塑性变形制备细晶/超细晶镁合金的系列技术，建立其制备工艺—组织—性能的关系，开发出一系列微合金化稀土/非稀土低成本镁合金。攻克了晶粒细小、织构弱化的多规格镁合金精密挤压型材的成型工艺，综合解决了大型复杂镁合金部件的铸造与变形过程精确控形与控性的关键难题。

同时，实验室还开发了机械搅拌与高能超声分散技术，制备出功能结构一体化颗粒增强镁基材料，解决了镁合金弹性模量低、热膨胀系数高、热稳定性差、不耐磨等本征难题。针对颗粒与镁基体变形不协调而导致其热加工难的问题，发明了颗粒调控再结晶与动态析出强化技术，实现高性能镁基材料成形性与力学性能的良好匹配。

（▲实验室获奖证书）

针对常规镁合金在室温和较低温度下塑性和成形性能差，实验室提出了“弯曲缩宽矫直增厚”和“局域弯曲训练”方法，解决大尺寸镁合金薄板中高效可控预置拉伸孪晶及组织性能预控制的难题。通过组织性能调控获得具有多个局域，多样组织和相应性能的镁合金冲压板坯，实现了镁合金壳体复杂冲压构件形成性一体化成形。

另外，针对现有镁合金板材弹性模量低、具有高弹性模量的颗粒增强镁基材料（PMMCs）轧制成形困难的问题，实验室还采用热挤压/大变形轧制复合技术开发出高性能Mg/PMMCs复合板，实现了PMMCs复合板强度和塑性的同步提升，为解决低塑性镁基材料板材成形难的瓶颈问题提供了一条新途径。

“近年来，实验室有关镁合金微合金化、低成本铸锭、型材、板材等方面的研究成果已在山西银光华盛镁业股份有限公司、五台云海镁业有限公司、山西华翔集团、大同市森源激光再制造技术有限公司等十余家省内镁合金企业得以应用，实现产值101749万元。”梁伟说。

锻造镁基“新引擎” 跑出发展“加速度”

习近平总书记曾指出：“人才是第一资源。国家科技创新力的根本源泉在于人。”充分发挥人才在科技创新力中的根本源泉作用，最大限度把广大专家人才的报国情怀、奋斗精神、创造活力激发出来，是未来一个时期推动创新驱动发展、加快科技创新步伐的关键一环。

（▲实验室承办的“第五届全国镁合金青年学术会议”）

“实验室现有人员55人，其中博士生导师9名，硕士生导师19名，具有博士学位的教师34人，博士化率为100%……”谈及科技创新，梁伟把话题重点转向人才，实验室是一个结构合理、以“80后”为主要研发力量的年轻化的材料研究团队，实行项目统一管理、人员竞争上岗的管理模式，为全体人员提供一个能充分发挥设备优势、人才优势、学术气氛浓郁的研究场所。据悉，实验室围绕重点研究方向聚集和培养高素质专业人才，形成了一支年龄和知识结构合理、富有创新精神和国际化视野、团结合作的科研教学基体。

（▲实验室主任梁伟（右））

大道至简，实干为要；征途漫漫，唯有奋斗。作为山西省镁基材料科研与人才培养的重要基地，未来，实验室将进一步优化研究特色、提高研究水平，在先进镁基材料基础理论及应用研究方面取得重大科研成果；进一步加强开放交流的广度与深度，提升实验室的学术影响力和国内外知名度；培养镁合金行业国家级人才，创建国家级创新团队，努力成为高素质人才的培养基地、原始创新性成果的产出基地。