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丁文江院士团队攻克镁的世界性难题

丁文江院士团队攻克镁的世界性难题

镁的三大“劣根性”：易燃烧、强度低、易腐蚀，过去严重制约了我国镁合金技术和产品的发展

镁合金是以镁为原料的高性能轻型结构材料，比重与塑料相近，刚度、强度不亚于铝，具有较强的抗震、防电磁、导热、导电等优异性能，并且可以全回收无污染。镁合金质量轻，其密度只有1.7 kg/m3，是铝的2/3，钢的1/4，强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷，具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低，具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，非常适合用于汽车的生产中，同时在航空航天、便携电脑、手机、电器、运动器材等领域有着广泛的应用空间。

一、镁合金的优点

镁合金密度小但强度高、刚性好。在现有工程用金属中，镁的密度最小，是钢的1/5，锌的1/4，铝的2/3。普通铸造镁合金和铸造铝合金的刚度相同，因而其比强度明显高于铝合金。镁合金的刚度随厚度的增加而成立方比增加，故而镁合金制造刚性好的性能对整体构件的设计十分有利。

镁合金的韧性好、减震性强。镁合金在受外力作用时，易产生较大的变形。但当受冲击载荷时，吸收的能量是铝的1.5倍，因此，很适合应于受冲击的零件—车轮；镁合金有很高的阻尼容量，是避免由于振动、噪音而引起工人疲劳等场合的理想材料。

镁合金的热容量低、凝固速度快、压铸性能好。镁合金是良好的压铸材料，它具有很好的流动性和快速凝固率，能生产表面精细、棱角清晰的零件，并能防止过量收缩以保证尺寸公差。由于镁合金热容量低，与生产同样的铝合金铸件相比，其生产效率高40%～50%，且铸件尺寸稳定，精度高，表面光洁度好。

镁合金具有优良的切削加工性。镁合金是所有常用金属中较容易加工的材料。加工时可采用较高的切削速度和廉价的切削刀具，工具消耗低。而且不需要磨削和抛光，用切削液就可以得到十分光洁的表面。

资源丰富。中国是镁资源大国，菱镁矿、白云石矿和盐湖镁资源等优质炼镁原料在中国的储量十分丰富，为中国的原镁工业及“下游”产业的蓬勃发展和不断进步提供了物质保证。进入20世纪90年代以来，随着改革开放和市场经济的不断深入发展，中国镁工业也有了突飞猛进的发展。2000年全国镁产量约为200 kt，几乎占世界镁产量的40%，位居全球第一。2005年，原镁产量达到354 kt，原镁产能接近600 kt，比2004年净增100kt，同比增长32.1%，占全球镁产量的2/3，成为中国继铝、铜、铅、锌之后的第五大有色金属。

二、镁合金的缺点

1 易燃性

镁元素与氧元素具有极大的亲和力，其在高温下甚至还处于固态的情况下，就很容易与空气中的氧气发生反应，放出大量热，且生成的氧化镁导热性能不好，热量不能及时发散，继而促进了氧化反应的进一步进行，形成了恶性循环，而且氧化镁疏松多孔，不能有效阻隔空气中氧的侵入。

2 室温塑性差

镁属于密排六方晶体结构，其在室温下只有1个滑移面和3个滑移系，因此它的塑性变形主要依赖于滑移与孪生的协调动作，但镁晶体中的滑移仅发生在滑移面与拉力方向相倾斜的某些晶体内，因而滑移的过程将会受到极大地限制，而且在这种取向下孪生很难发生，所以晶体很快就会出现脆性断裂。在温度超过250℃时，镁晶体中的附加滑移面开始起作用，塑性变形能力变强。

3 耐蚀性差

镁具有很高的化学活泼性，其平衡电位很低，与不同类金属接触时易发生电偶腐蚀，并充当阳极作用。在室温下，镁表面与空气中的氧发生反应，形成氧化镁薄膜，但由于氧化镁薄膜比较疏松，其致密系数仅为0.79，即镁氧化后生成氧化镁的体积缩小，因此耐蚀性很差。

交大丁文江院士团队攻克镁的世界性难题

镁的三大“劣根性”：易燃烧、强度低、易腐蚀，过去严重制约了我国镁合金技术和产品的发展。

丁文江院士科研团队在国际上较早地开展阻燃镁合金的研究，让镁合金燃点从520℃大幅提高至935℃以上。燃点大大提升，使大气中无保护的镁合金熔炼与生产成为可能，目前，该技术已应用于电子产品外壳和汽车变速箱等产品批量生产。

常规镁合金比较软，承力比较差。丁文江院士提出将中国的优势资源稀土与镁相结合来研制具有中国特色的高性能镁合金，采用Gd、Y等重稀土元素进行合金化并结合固溶强化、时效强化、细晶强化等手段，发明了室温和250℃下抗拉强度都较高的高强度变形镁合金(JDM2)，成为目前世界上工业应用强度最高的镁合金，已成功应用于航空航天等领域的关键承力件。

镁活性大、易反应、产生大量氧化渣的这一世界性难题，在丁文江院士团队几十年不断的研发和探索中，被攻克了！丁文江院士团队发明了大尺寸方孔多级电磁净化方法、多级多介质连续深度净化方法等新的净化方法与装备，解决了一系列的世界性难题，为高品质轻合金制品批量生产提供了坚实的材料保障。

三镁合金3D打印

“镁”好未来

镁，对人体温和，具有很好的可吸收性和生物相容性。医用镁合金在骨科植入物中具有与骨接近的密度和弹性模量，且具有可控的腐蚀速率。清华大学温教授认为，镁合金在心血管植入和骨修复领域具有很好的应用前景。

WE43合金是一种较有潜力的可实现临床应用的生物可降解金属材料，但目前的应用比较有限。镁合金多孔支架的应用难点在于成形过程中镁的高易氧化、蒸发、热膨胀和粉末附着等问题，利用增材制造技术制作的生物可降解金属多孔支架，有望解决结构定制化和生物降解的双重挑战。

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