镁合金材料的发展现状趋势及展望.docx

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1、镁合金材料的发展现状趋势及展望本文在梳理我国镁合金材料产业发展现状的基础上，分析了其发展面临的国内外主要问题，展望了我国镁合金材料产业在高性能稀土镁轻质结构合金材料、高强高导热镁合金材料、高强高导电镁合金材料、超高强镁合金材料等11个方面的未来市场需求前景。面向2030年和2035年的阶段性发展规划，本文从提高自主创新能力、优化资源配置、加强企业合作力度、构建完善的镁合金材料整体研究体系、完善平台建设等方面提出了促进我国先进镁合金材料产业可持续发展的相关战略。最后，从注重研究体系的构建、优化产业发展格局、构建高质高效产业、完善配套政策体系、构建精尖人才体系等方面提出了对策建议，以期满足国民经济

2、、国家重大工程和社会可持续发展对先进镁合金材料的需求。关键词：金属材料产业；镁合金；稀土镁合金材料；低能耗；高效率；2035一、前言基础材料领域的高速发展给世界各国社会、经济、文化体系等各方面带来了重大变化。作为先进基础材料产业的一个重要门类，我国镁合金材料产业自响应落实十三五系列战略措施以来，自主研发了10余种镁合金材料并成功应用于航空、航天、国防军工、汽车等领域，大幅降低了镁合金产品的成本，提升了产品市场竞争力。我国镁资源丰富，受汽车节能减排及轻量化等需求刺激，有望促进镁合金材料消费市场的进一步发展，为产业发展带来机遇与挑战。紧跟全球绿色节能发展趋势，我国镁合金材料产业整体正朝低能耗、高效

3、率、高质量方向发展，不断进行产业升级改造。我国镁合金材料相关工艺技术研究起步晚于欧美发达国家，虽然在部分镁合金材料领域突破了一批核心关键技术，但在研发效率、生产质量、市场拓展、环境保护等方面仍存在较大差距。未来，我国镁合金材料产业需以国家战略需求为基准，紧跟国际研究热点，在不断提升行业整体水平的同时，加强先进镁合金材料的研发力度，着力提高自主创新能力。通过优化组织实施方式，助力国家重大工程急需的先进镁合金材料产学研体系通道畅通，促进相关科研成果转化并实现产业化运用，实现我国从材料大国向材料强国的战略性转变，满足国民经济、国家重大工程和社会可持续发展对先进镁合金材料的需求。二、我国先进镁合金材料

4、产业发展现状与问题1、发展现状1 .镁合金材料产业升级趋势明显十三五以来，我国镁合金材料产业实施自主创新战略，通过“产学研用结合，紧紧依靠科技进步与技术创新来提高材料质量的均一性，有效提高了中高端材料产业有效供给能力和水平。新常态下，我国逐步改变高投入、高消耗、高污染、高排放的传统模式，向低投入、低消耗、高产出、低污染的发展模式转型，短流程、低成本、低能耗的新工艺和新方法不断涌现。2 .原镁产能与市场消费情况近年来，我国镁产业运行总体平稳，产量、出口量持续增长。目前全球原镁产量主要来自于中国，根据中国有色金属工业学会统计,2019年,我国原镁产量为9.69x1053同比增长12.2%；在价格方

5、面,受供给增加影响，原镁均价为15949元t,同比下跌3.3%,镁冶炼企业实际盈利水平同比小幅下降；在资源消费及市场方面，我国镁资源的消费量为4.85x1053同比增长8.6%,增幅同比提升1.6个百分点,但国外对镁资源需求回升，我国2019年全年累计出口各类镁产品约4.52105t,同比增长10.2%,出口量占我国镁产量的46.6%。3 .镁合金材料产业技术研发进展近年来，针对国际上镁合金材料存在力学性能较差的弱点，我国积极开展了先进镁合金材料的研制工作，在稀土镁合金、大尺寸铸棒、大型复杂件的工程技术方面取得重要突破，研制的部分高强镁合金大尺寸复杂铸件、高强耐热镁合金大规格挤压型材/锻件等达

6、到世界先进水平。具体来看，2019年，南京云海特种金属股份有限公司在技术研发和生产整合方面取得重大进展，生产的锻造镁合金轮毂在汽车主机企业得到应用。上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心开发了新型高性能轻质镁稀土合金材料，成功应用于直升机关键复杂承力部件，轻量化效果显著，并已实现批量稳定制造，填补了我国新一代直升机用高强耐热镁合金材料空白。重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心研制出AT、AE、VW系列等40多种新型镁合金，其中有16种合金成为国家标准牌号，十几种合金得到工程应用和产业化推广。东北大学开发了大规格镁合金扁铸锭生产技术，目前能够生产最大截面为1450mm400mm的镁合金大扁

7、锭；开发了镁合金宽幅板带卷轧制成套技术，已实现产业化应用。中南大学和长春应用化学研究所等单位开发出高强高韧稀土镁合金、高性能压铸镁合金和稀土镁合金批量生产技术，成功应用于航空、航天、国防军工、汽车、电子产品等领域，大幅降低了稀土镁合金产品的成本，提升了市场竞争力，填补了国内相关领域的空白。2、存在的主要问题1 .产业发展起步晚、底子薄，关键设备进口依赖度高，受制于人现象突出我国高性能镁合金材料产业起步晚、底子薄，在应用上整体仍处于产业链和价值链的中低端。同时，相关战略政策的执行率较低，关键工艺技术与国外差距较大，高端设备大多依靠进口。研发所需的技术和设备常受国外出口限制，使得镁合金材料的研发面

8、临困难，尤其是许多高端核心材料的研发举步维艰、性能提升缓慢、产能也严重不足。另外，相关企业研发、生产和服务的智能化水平较低，标准、检测、评价、计量和管理等支撑体系缺失，产品性能稳定性、质量一致性需要进一步提高。2 .科研体系尚未健全，研发投入不足，人才队伍建设有待提高目前健全的科研体系欠缺，以企业为主导的研发机制仍需要进一步完善，产学研用合作不紧密，结合仍存在壁垒。相关科研单位的研发投入经费少，人才队伍建设不完善，缺乏激励政策和研发平台，科技人员创新动力不足。另外，对新技术投资风险的保障政策缺失,科研单位的新技术很难在企业中获得推广应用。3.镁合金材料产业结构性产能过剩、市场供求失衡等深层次矛

9、盾与问题逐步显现受国际国内经济形势变化特别是全球新型冠状病毒肺炎疫情的影响，金属材料市场需求低迷，镁合金材料产业长期积累的结构性产能过剩、市场供求失衡等深层次矛盾和问题逐步显现。目前我国镁产业运行总体平稳，产量、出口量持续增长，但在冶炼环保水平、深加工产品应用等方面存在短板，产业转型升级的任务依然艰巨。另外,我国镁合金材料产业的产能规模庞大，对资源、环境等影响深远，在节能、节材、环保的短流程制备加工技术开发与应用方面仍任重道远。三、我国先进镁合金材料产业的市场需求前景分析1、高性能稀土镁轻质结构合金材料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

10、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：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；面向应用的新型高性能稀土镁合金材料开发；先进加工成型技术及配套装备研发；完善稀土绿色冶炼分离技术，加快推广应用；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；加快高性能稀土镁轻质结构材料应用速度，在未来35年内实现军用领域向民用领域转化，

11、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%o2、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

12、金材料使用量超过30%o传统的高导热金属如Ag、Cu,由于密度太大(分别约为10.5gCm3、8.9gCm3)、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(mK)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。3、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

13、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17MSm的高强高导电镁合金材料及其制

14、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%o4、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

15、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%o5、Mg-Al系、MgZn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，

16、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。6、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-AI、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