镁合金概述
镁合金密度只有1.8g/cm3左右，比强度显著高于钢铁和铝合金，应用于产品构件轻量化效果好、节能减排效果显著。因此，镁合金应用的产业定位主要有汽车、轨道交通、建筑、3C、休闲和健康、军口、能源等重要行业。其中，交通工具、电子信息和建筑等行业对镁合金零部件的需求近年来急剧增加。镁合金除了具有显著的结构轻量化优势之外，还具有很好的功能特性，可进一步拓宽镁合金的应用领域。镁合金具有高的阻尼减振性能，其主要阻尼机制是位错阻尼，阻尼性能一般是铝合金的15倍、钢的60倍。镁合金具有高的导热性能和散热性能，其总体散热性能优于铝合金。镁合金具有优良的电磁屏蔽性能，常规商用镁合金在30——1500MHz频率范围内的电磁屏蔽效能一般可达50dB以上，尽管低于铜合金，但明显优于相同厚度的部分铝合金。镁合金具有良好的能源特性，纯镁的理论储氢量高达7.6%，作为电池负极材料可以使电池具有很高的理论比容量（2.22A·h/g），因此作为储氢材料和电池负极材料展现出巨大的潜力。镁是生命必需的元素，具有良好的生物相容性，在体内可降解，从而避免二次植入，是理想的可降解生物医用植入材料。镁的标准电极电位很低，容易发生腐蚀，兼具强度和降解速率可控的镁合金在石油钻采领域具有很好的应用前景。
镁合金产业发展的背景需求
2017年，我国国内镁消费量首次超过出口量，国内镁合金产量约30万吨。2018年，我国镁合金产量进一步增加至35万吨，2019年增加至39万吨，2020年-2021年，受新冠疫情和国家污染防治政策等因素的影响，我国镁合金产量有所下降，但产量仍维持在30万吨以上。同时，镁合金消费占比呈逐年上升的可喜局面。随着汽车、摩托车、3C产品、航空航天和军工关键装备、轨道交通工具、休闲体育器材等重点领域对轻量化要求越来越高，镁合金的需求量和应用水平还将进一步增大。预计在未来5——10年，镁合金在上述领域的应用将有望超过300万吨。此外，由于镁合金用于水泥模板可以充分发挥重量轻、碱性环境耐蚀性好等特点，镁合金在建筑行业的应用有望成为一个新的增长点，3——5年后镁合金用量预计可以达到50万吨以上。
镁合金产业的国际发展现状及趋势
国际上镁及镁合金发展与应用的重点地区主要在美国、加拿大等北美地区，德国等欧洲地区，日本、韩国等亚洲地区，总的来说前述发达国家和地区的镁合金应用已进入相对成熟阶段。北美是世界上镁及镁合金材料用量最多的地区，据估计其年增长速度约为30%，其中以美国和加拿大最为突出。从世界镁产业发展历程可以看出，镁合金以其巨大技术和经济优势，正在广阔的领域中不断得到开发和应用。世界发达国家和地区镁产业的发展大多基于以丰富的镁资源和先进的加工装备为依托，以先进的科技为支撑，以政府、企业、科研部门的大力配合为保障。此外，英国、美国、德国、澳大利亚和加拿大还在镁基生物材料领域开始布局，并取得重要进展。
镁合金产业的国内发展现状
镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空、航天、汽车、高铁、通信等领域有着巨大的应用潜力，成为最具发展前景的金属结构材料之一。中国是镁资源大国，拥有大量的镁矿资源和含镁盐湖资源。2003年以来，我国已连续18年成为世界上最大的原镁生产国与出口国。大力推进镁合金工业化应用，不仅是结构材料轻量化、保护环境的重要举措，也是充分利用我国丰富的资源、缓解对铁铝矿资源进口依赖的重要举措，特别是在复杂多变的国际形势下具有极其重要的战略意义。
（1）原镁产能趋于集中。陕西、山西和宁夏三省区的皮江法炼镁以及青海的电解炼镁被列为各自省区的优先发展产业，许多企业都进行了资产重组，以争取把镁产业做大做强，大力降低能耗和减轻环境污染。青海省则以西部大开发为契机，成立了青海盐湖镁业有限公司，在青海民和镁厂自主开发的钾光卤石炼镁技术基础上，大力引进挪威和加拿大的电解炼镁技术和成套装备，综合开发利用青海的优质盐湖资源，正在全力打造全球最大电解原镁生产基地。竖罐炼镁等原镁冶炼新技术得到长足发展，生产效率和节能降耗水平逐步提升。
（2）合金产业发展加速。近年来在国家科技部和工信部的大力推动下，镁合金产业发展迅速，以压铸件为例，产量年均增长20%以上，并吸引了以美国、加拿大、日本等国家和地区的世界镁加工一流企业到国内投资办厂，在一些地区已形成了不同产品种类和规模的镁合金产业群体，中国镁世界制造工厂的地位已基本成形。目前已形成以珠江三角洲、长江三角洲地区、华北地区、环渤海地区、重庆地区等为代表的镁合金产业群体。
（3）形成了若干产业基地。经过近几年的稳步发展，2016年以来，我国国内的镁消费量和镁合金应用总量已超过国外水平。全国已形成若干区域性的镁及镁合金产业基地，镁及镁合金深加工企业超过100家。陕西、山西和宁夏等西北地区以原镁为主，其中陕西地区原镁产量超过50 万吨，宁夏地区原镁产量超过18万吨，山西地区原镁产量超过15万吨。山西省镁产业正逐渐向下游深加工发展，尤其是山西的塑性变形加工具有显著特色；青海地区以青海盐湖镁业为代表，以电解镁为主；长江三角洲地区和珠江三角洲地区以铸造加工和镁合金装备为主；山东和环渤海地区拥有大型加工装备，正在发展大尺寸变形产品；河南地区主要以镁粉和部分铸造和变形深加工为主；重庆地区已建成了全国领先的国家镁合金高新技术产业基地，包括镁合金汽车产品压铸、变形产品和熔铸装备等，其中镁合金汽车零部件产量居世界前列。
市场需求与应用前景
（1）镁合金在汽车领域的应用。近十年来，我国汽车保有量稳步增加，消耗石油占到整个石油消费总量的59%。我国汽车轻量化效果较低，汽车平均百公里油耗远高于国外发达国家，对环境带来极大压力。与钢铁和铝相比，使用镁合金零部件产生的轻量化效果更加显著。每使用1kg镁，可使轿车寿命期减少30kg尾气排放。目前，北美汽车生产厂家每辆汽车用镁量为1.5——3.5kg，某些车型已超过20kg。根据我国汽车轻量化路线图，到2020年、2025年和2030年，单车用镁合金要分别达到15kg、25kg和45kg。以2025年生产3500万辆、单车消耗25kg镁合金测算，需求量为87.5万吨。以2030年单车用量45kg计算，则需要172万吨。2019年，我国生产纯电汽车130万辆，小型乘用车2500万辆，如果仅把每辆车的覆盖件改为65kg的镁合金板材，就需要203万吨。长春一汽、上汽大众、重庆长安汽车等车企都已开始批量使用镁合金。展望未来，汽车用镁合金用量或将迎来井喷式增长。
（2）镁合金在轨道交通装备上的应用。我国轨道交通发展迅猛，由于能源紧张和对节能减排、安全舒适的更高要求，轨道交通装备轻量化已成为轨道交通发展的重要课题。很多新建的轨道交通列车装备开始大面积使用铝合金等轻量化材料，产生了巨大的经济效益和社会效益。镁合金由于具有更高的比强度和比刚度、更好的减振降噪效果、更优异的电磁屏蔽效果，已在部分轨道交通内饰件和连接件上得到初步的规模应用。
（3）镁合金在电动自行车上的应用。全国的电动自行车保有量已经超过了2.3亿辆，年产量一直保持在2000万辆以上。但是，80%以上的电动自行车目前都属于超标产品（重量及最高速度）。按照现行的国家标准，电动自行车最高车速应不大于20km/h，整车质量（重量）应不大于40kg。对增加了电池的电动自行车来说，轻量化是一个很重要的选择，在整车减重上有明显效果后，将会使一次充电后行驶距离进一步延长。镁合金减振性好，舒适度高；散热性好，可降低刹车系统温度，延长刹车轮毂使用寿命，较轻的镁合金轮毂有利于改善加速与刹车性能。
（4）镁合金在LED照明灯具上的应用。LED被公认为当前最具发展前景的第四代绿色光源。尽管镁合金的热导率比铝差，但镁合金零部件的散热效果却高于铝合金，这为镁合金在散热要求较高的LED行业推广应用提供了非常好的机会。镁合金应用于LED照明领域的部件主要是路灯壳体及灯架、灯管型材、筒灯壳体、球泡灯壳体、隧道灯壳体以及LED散热模组等。包括镁合金压铸件和型材，表面处理采用氟碳喷涂、喷塑和阳极氧化。据初步估计，2020年镁合金在LED行业的应用量将达到2万吨。
（5）镁合金在3C产品领域的应用。镁合金已在笔记本电脑外壳领域得到广泛应用，目前惠普、戴尔、联想等主流品牌均大量使用，而且应用量正在呈上升趋势。采用镁合金挤压板材进行CNC机加工3C产品外壳，可以获得更好的力学性能和外观质量，因此，微软公司平板电脑外壳几乎都采用镁合金挤压板材，仅2017年的采购量就在1.5万吨左右。应用镁合金的3C产品还包括投影仪、数码相机、网络通信设备、视听设备等。
（6）镁合金在航空航天和军工关键装备上的应用。具有质轻、比强度高、比刚度高、阻尼减振、电磁屏蔽以及铸造、切削加工性能优异和易回收等优点的镁合金材料在大飞机、载人航天、探月工程等国家重大工程和军事领域的轻量化和减重方面发挥着越来越关键的作用，日益受到重视、应用面逐渐扩大。飞机结构中除了内部支架框架以外，蒙皮、地板、舱板等最适合使用宽幅镁合金薄板。有试验结果表明，飞机减重1磅A所带来的经济效益，商用机为300美元，战斗机为3000美元，航天器为30000美元，综合减重效果比铝合金高出25%——35%。欧洲空客公司早在20世纪就开发了镁合金板，比使用铝合金减重十数吨。我国的西飞、成飞很早就在机体内使用了镁合金锻件、铸件和板材。高性能镁合金在航空航天和军工关键装备等领域应用潜力十分巨大。随着高性能镁合金的发展，镁合金在飞机发动机附件机匣、进气机匣、反推力叶栅，直升机传动系统机匣，导弹舱体、导弹弹翼、卫星舱体、战斗机驾驶舱框架，月球车机械臂，战车发动机部件、轮毂、框架，卫星部件，坦克零部件等领域的应用潜力将逐步释放。
（8）储能材料领域的应用需求。镁基储能材料主要包括镁基储氢材料和镁电池。镁及其合金可与氢形成Mg-H化合物，例如Mg2Ni、Mg2Cu、Mg（BH4）2等镁基储氢材料，稳定储氢量质量分数在2%——15%，且具有较好的吸放氢动力学，部分体系非常接近燃料电池中质子交换膜的工作温度（约80℃），为未来规模化应用打下了基础。镁电池的应用将是电池工业的颠覆性革命，市场容量将超万亿美元。
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