镁及镁合金的重要性越来越受到全球的广泛关注。中国宝武集团、中国铝业、青海盐湖等国家特大型领军企业积极布局参与和助力中国镁产业的发展,正在成为我国镁产业发展的重要力量。重庆大学主办的镁合金国际期刊《Journal of magnesium and alloys》2019年影响因子为7.115,在全球同类刊物中排名第二,展现出我国在材料领域重要的国际影响力。世界各国高度重视镁及镁合金标准的修订和出版,镁行业参与ISO国际标准、国家标准的制修订非常活跃。全球镁及镁合金研究者的人数大幅度增加,一批高水平论文已出现在《自然》《科学》等顶级刊物中,我国在镁基材料领域的多个研究方向已经处于世界前沿。 潘复生 5月中旬,记者采访了全国人大代表、中国工程院院士、重庆大学教授潘复生。谈到镁及镁合金材料的发展现状、应用潜力与市场前景,都能触动潘复生的镁业情怀,感觉到镁已经融入到他的生命里,谈到镁仿佛给他带来最"镁"的享受。这次采访聆听潘复生对镁的娓娓道来,明显又是一次全新的感受。从他的谈话中,记者对镁及镁合金的发展速度感到惊讶,对镁基材料的发展潜力充满期望。 镁合金材料研发绚丽多"智" 潘复生说,在镁合金结构材料开发方面,重庆大学发展的"镁合金固溶强化增塑"合金设计理论为为解决镁合金强度和塑性平衡优化提供了一条新途径。他说,基于"镁合金固溶强化增塑"理论的发展和应用,重庆大学开发了一批高性能镁合金,十多个牌号已进入国际标准牌号或国家标准牌号,其中高强铸造镁合金的抗拉强度超过350 MPa,延伸率超过10%;低成本低无稀土高塑性镁合金的抗拉强度达到 425 MPa,延伸率达到了11%;含Mn低成本镁合金的塑性达到52%,含Li镁合金的塑性达到56%。采用常规装备和工艺,重庆大学、北京工业大学等开发的一批超高强镁合金在塑性达到10%左右时,强度超过550MPa。采用特种加工技术,中南大学等开发的高强变形镁合金抗拉强度超过710 MPa,屈服强度达到650 MPa以上。他说,基于Ti增强镁基复合材料的金属增强特性,重庆大学提出了"颗粒强化增塑"复合强韧化新原理,初步开发的AZ91-5Ti复合材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率和AZ91相比,均实现了大幅度同步增加。 镁合金技术群星灿烂 潘复生说,在镁合金制备加工技术方面,重庆大学等发展的新型镁合金非对称加工技术(非对称挤压和锻挤一体化等)理论和工艺均有重要进展;上海交通大学等开发的镁合金复合锻造工艺等有了新的突破;东北大学、重庆大学等开发的镁合金带卷挤压和轧制开始向产业化推进;北京科技大学、中科院金属研究所等发展的残余应力定向消除技术在厚板产品残余应力的消减上效果显著;西安交通大学等在高纯镁的制备上已形成一批技术成果;上海交通大学等基于Ce元素改性拓宽了镁-铝系合金锻造热加工图安全峰值区对应加工参数,提出了不同锻造温度和应变速率下的失稳判据,为实现高强镁-铝系合金大变形量锻造提供了依据。他说,国内相关单位以导弹壳体、大型汽车轮毂和坦克负重轮等轮盘件为对象,发展了高强韧镁合金累积大比率锻造技术和半开放式锻造技术,实现镁合金大型锻件成形与性能的统一,突破大型锻件强韧化性能与尺寸精度协同调控技术瓶颈。目前,国内一批新型制备加工技术体现了重要的应用前景,例如熔体自纯化技术、电磁辅助凝固技术、低温挤压技术、在线扭转挤压技术、衬板轧制技术、复合轧制技术、旋锻技术等。 拓展镁基结构材料应用空间 潘复生说,在镁合金结构材料方面,原有应用领域的增加和新的应用领域拓展有望使镁合金结构材料的产量翻倍,几年内突破百万吨级有可能成为现实。他说,重庆大学与宝武集团、中国铝业的合作正在积极推动之中。汽车特别是新能源汽车对轻量化需求越来越迫切,仪表盘、中控支架、电池箱等镁合金零部件的应用量有望大幅度增加。建筑领域的应用,特别是建筑模板和可移动建筑有可能成为镁合金结构材料一个快速增加的新型增长点。潘复生说,就建筑模板而言,一旦技术完全突破,镁合金模板的年应用量就可能超过百万吨,中国有色金属工业协会和中国有色金属学会对此极为关注,正在积极推动。镁合金结构材料的功能化特点有望推动镁合金结构材料在信息产业、军口领域、航空航天、石油化工等实现更大规模的应用,特别是可溶性镁合金在石油天然气领域有很大的应用市场。镁基复合材料作为金属基复合材料的新领域,其开发应用对全球金属基复合材料产业都可能产生重要影响。 突破镁基功能材料技术创新 潘复生说,在镁基功能材料领域,镁基生物材料和镁基储能材料前景巨大。镁合金生物材料正在向应用领域推进,生物相容性好、可降解等特点对新一代生物材料的开发应用提供了一条新途径,应用市场有望达千亿元以上。镁基储氢材料、镁电池等作为新一代储能材料已开始受到国内外的广泛关注,一旦成功有可能实现储能领域的颠覆性变革,近两年发展迅速。镁基储氢材料在金属储氢材料中具有体积储氢密度大、工作压力低、安全性好等优点,对解决氢能工业特别是氢能汽车和可再生能源的储运瓶颈有望提供新途径;镁电池具有资源丰富、能量密度高、安全性好等特点,对提升二次电池的安全性、降低二次电池的成本、缓解二次电池的污染都有重要潜力。一旦实现技术突破,镁基储能材料的未来市场容量可达万亿元以上。在镁基储氢材料和镁电池领域,重庆大学已建成了一支30多人的研究团队,已形成一批原创性技术。 采访札记:那个"点"是科技 采访潘复生感受到一股"镁"的力量在我国聚集: 在学术界,我国镁合金领域的论文数居世界首位,重庆大学主办的镁合金国际期刊《Journal of magnesium and alloys》2019年影响因子为7.115,在全球同类刊物中排名第二,展现出我国在材料研究领域重要的国际影响力;在产业界,我国镁合金专利数和标准数量大幅度增长,应用量已占全球半壁江山,越来越多的大学与企业走向了深度合作。潘复生指出,科技是万亿镁产业的突破点和落脚地,需要各方面共同关注和努力。由于镁合金具有显著的轻量化效果和优异的储能特性,潘复生认为镁及镁合金在碳中和和碳达峰背景下潜力巨大。他相信,中国镁业人一定会在"我国自主创新事业是大有可为的,我国广大科技工作者是大有作为的"的科技春天中赢来一片"镁"丽的天空。 (作者:宋江凤 潘廷祥)