镁合金的发展及应用

王洪兵 田伟

天津富士达自行车工业有限公司 300301

斯博特(天津)自行车有限公司 300000

摘要：综述镁合金的特点及其在交通、航空航天、兵器方面的应用情况，并结合兵器零件的使用特点和性能要求，分析了镁合金在兵器装备中的应用前景，展望了镁合金的发展方向。
关键词：镁合金，特点，发展，应用

1 引言

镁合金的密度很小，是钢的四分之一、铝的三分之二，但镁合金的比强度却大于钢和铝，是最轻的金属结构材料。因此，镁合金在电子产品、汽车、航空航天等需要高比强度金属材料的领域具备广阔的发展前景。但是镁合金的化学活性高，在有机酸、无机酸和含盐的溶液中均会被腐蚀，且腐蚀速率较高，使得镁合金的应用受到了很大的限制。

2 镁合金的特点

（1）重量轻:镁合金的比强度要高于铝合金和钢/铁、但略低于比强度最高的纤维增强塑料；其比刚度与铝合金和钢/铁相当，但却远远高于纤维增强塑料。（2）高的阻尼和吸震、减震性能:镁合金具有极好的吸收能量的能力，可吸收震动和噪音，保证设备能安静工作。（3）良好的抗冲击和抗压缩能力:其抗冲击能力是塑料的20倍；当镁合金铸件受到冲击时，在其表面产生的疤痕比铁和铝都要小的多。（4）良好的铸造性能:在保持良好的部件结构条件下，镁合金铸造制品的壁厚可以小于0.6 mm，这是塑胶制品在相同强度条件下无法达到的，就是铝合金制品也只能在1.2～1.5 mm范围内才可与镁制品相媲美。（5）尺寸稳定性:在100℃以下，镁合金可以长时间保持其尺寸的稳定性。（6）铸模生产率高:与铝合金相比，镁合金的单位热含量更低，这意味着它可在模具内能更快速地凝固。（7）良好的机械加工性能。（8）良好的耐蚀性。（9）高散热性：镁合金具有高的散热性，很适合现今利用其设计制作元件密集的电子产品。（10）低热容量:镁合金的热容量比铝合金小，因此不容易粘烧在模具上，延长模具寿命。（11）再生性:废旧镁合金铸件具有可回收再熔化利用的特性。

3 镁合金的分类

一般来说镁合金的分类已具有3种：根据合金化学成分、成型工艺或者合金中是否含有铝或者是否含锆来分类。

按化学成分，镁合金主要划分为Mg-Al、Mg-Mn、Mg-Zn、Mg-RE等二元系，以及Mg-Al-Zn、Mg-Al-Mn、Mg-RE-Zr等三元系及其他多组元系镁合金。

按成型工艺，镁合金可以分为铸造镁合金和变形镁合金。

4 镁合金的应用

4.1在交通工具领域的应用

相较于钢和铝合金，将镁合金应用于交通工具上，显示了很多的功能和性能优势：如，比强度高于钢，比刚度接近钢和铝合金，单位质量能够承受更多的载荷；在一定程度上可以减轻交通工具的质量，减少油耗，节省能源的同时可以保护环境；镁合金作为铸件，具有良好的铸造性和尺寸稳定性，易加工，废品率低，降低了生产成本；镁合金具有良好的阻尼系数，减震量大于钢和铝合金，用作壳体可以降低噪声，用作座椅和轮圈可以降低振动，提高安全性和舒适性。

4.2在航空航天领域的应用

轻量化是决定航空航天器飞得快、飞得高、飞得远的重要因素，是航空航天领域所追求的永恒目标。航空航天轻量化的最主要途径就是采用轻量化的材料。

具体应用：飞机：机身、发动机；导弹、宇宙探查；火箭、发射台、卫星及探查、喷气发动机；仪器：陀螺仪、罩、雷达零件及波导管、电气装置、地面控制装置。

4.3在共享单车应用

结合我们行业镁合金以更轻的重量和铸造方面的优势在共享单车零部件使用上也有非常好的表现，例如镁合金前后轮毂大量使用，已经占到了新生产车型的三分之二，生产装配简单，维护费用低是绝对的优势，现在共享企业和我们作为生产量最大的企业也在研究其他压铸零件，还有最复杂的车架也在评估可能性。

4.4在武器装备方面的应用

镁合金是最轻质的金属材料，因其具有密度小、比强度高、比刚度好、阻尼系数好、电磁屏蔽特性优越等特点，时间轻武器装备质量，实现武器装备轻量化、提高武器装备各项性能的理想结构材料。

镁合金在兵器装备中应用的有关情况：镁合金在航空、航天较早得到应用， 在兵器上也得到一定应用，最早应用于军事工业领域是在1916年，被用于制造77mm炮弹引线。国外一些发达国家由于资源原因，对镁合金在兵器上的应用还持谨慎态度。镁合金在兵器上应用的有关实例如下所述。

4.4.1 在火炮及弹药中的应用

法国AMX-30坦克为法国装甲部队的主要装备之一，是二次世界大战后法国生产数量最多的坦克，AMX-30坦克的CN105F1型105mm线膛炮的身管热护套采用了镁合金。

4.4.2在轻武器中的应用

美国制造的一种Racegun(强装药，运用了先进技术的战斗用手枪)，其扳机等零件采用镁、钛合金，重量减轻45%，击发时间减少66%。美国研制中的新式单兵作战系统(OICW)，功能齐全，很多零件采用了轻合金，重量仅8.172kg，但军方仍希望进一步减重1.8kg以上。

4.4.3在战车中的应用

美军装备的M274A1型军用吉普车采用了镁合金车身及桥壳，大大减轻了重量，具有良好的机动性及越野性能，4个士兵可以抬起来。有的改型还装上无后座力炮，成了最袖珍的自行火炮。美国水陆两栖突击车AAAV采用WE43A镁合金制造动力传送舱。

4.4.4镁合金在兵器装备中的应用前景分析

从兵器零件的使用特点和性能要求分析，枪械武器、装甲车辆、导弹、火炮、弹药、光电仪器、武器用计算机及军用器材中有较大数量的铝合金零件和工程塑料件，根据目前镁合金材料的性能和使用特点，改用镁合金材料制造相关零件，在技术上是可行的，并且有如下的发展趋势。

（1）采用镁合金及镁基复合材料替代武器装备的中、低强度要求的铝合金零件和部分黑色金属零件，实现武器装备轻量化。

（2）替代工程塑料，解决零件老化、变形和变色的问题。目前，轻武器、光电及通讯器材产品、战车仪表盘等采用工程塑料制造。

（3）导弹及其他飞行器零部件的镁合金化。

5 镁合金的发展前景

镁合金的优异性能和稳定的价格，使得其用量具有着继续扩大的趋势，这主要体现在交通工具、航空航天、国防工业、电子通讯工业等对镁合金用量需求的进一步扩大。此外，为镁合金的发展带来巨大契机的还有镁合金材料本身的一些诱人的潜在性能，使之有可能成为承受高载荷和高温的结构件，以及储氢、超导、生物等新型功能材料。

随着镁合金研究的不断深入及各种性能的进一步完善，它必将成为未来金属材料领域的主力军，而其相应的表面处理方法也将得到迅速发展。因此，加强镁合金表面处理技术的发展，提高镁合金的耐蚀性，对推进镁合金材料的应用具有十分重要的现实意义和经济效益。

6 结语

展望未来，镁合金塑性成形件大量被应用是不容置疑的，并且镁合金在我国有着丰富的资源，这为发展镁合金材料提供了良好的物质基础，但目前我国镁合金的应用与开发能力远远落后于欧美等发达国家，这对我国材料科研工作者提出了极大挑战。如果我们提高镁合金的成形技术，克服镁合金在室温下难于变形、耐腐蚀性能差、高温下易蠕变以及镁合金材料价格高等缺点，合理设计镁合金成分，提高镁合金性能，拓宽镁合金材料的应用潜力，相信我们应该有所作为，会迎头赶上时代潮流，超越世界先进水平。

参考文献：

杨绍利主编．冶金概论：冶金工业出版社

肖泽辉,张仁.镁合金激光表面处理技术[J].电镀与涂饰