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内容提要
本文介绍了中国镁资源和镁产业发展概况、镁合金的主要特点及其规模化应用的曲折历史；讨论了镁合金研发及产业化过程中的重要科学技术问题和研发应用的实例。作者指出，镁合金作为结构材料的潜力尚未充分研发出来。在充分认识材料特性和环境条件的基础上，镁合金在宇航、交通、信息、装备制造业、日常生活和生物医用中都有良好的应用前景，在一些情况下，其作用是不可替代的。中国有条件由镁资源大国发展成为镁产业的强国，为此需要调整镁产业结构，扩大镁合金研发与应用研究。当前，大型、薄壁高强度镁合金铸件、镁合金变形材的研发、防腐蚀技术的改进、产品设计理念的变更和基础数据积累是镁合金实现产业化的短板，需要重点配置研发力量。
一、引言
二、中国镁资源及镁产业的概况
三、镁合金的主要特点及其产业化应用的曲折历史
3.1 镁及其合金的主要特点
3.2 镁的应用经历了相当曲折的历史过程
3.3 进一步扩大镁合金应用的必要性和可能性
下面通过一些实例说明进一步扩大镁合金应用的必要性和可能性。
1.在计算机（computer）、通讯（communication）和消费性电子产品（consumer Electronics）3c产品上的应用。
镁合金具有良好的刚性、尺寸稳定性、导热性、电磁波屏蔽性和较高振动吸收性，因而其用于3C产品外壳散热快、可减少噪音传递，保护内部电路不受外界电磁的干扰。例如华硕M5A纪念版笔记本上盖、三星超薄手机D848镁合金滑盖，EOS-1D Mark Ⅲ佳能照相机机身、底盘和反光镜箱等。
目前主要用压铸生产镁合金产品，但成品率较低，后处理复杂，尤其是表面处理技术更为关键。因此，发展可冷冲压成形的镁合金板材并用其生产电子产品是未来发展趋势。
2.在自行车、摩托车、日用便携工具和灯具上的应用。
摩托车和自行车通常用钢和铝合金材料，比较重，惯性和制动距离大，既浪费能量又影响灵活性。使用镁合金有利于减重、减振、降低油耗，能改善驾乘的舒适性及可靠性。目前可以用镁合金替代的摩托车零部件主要有：发动机曲轴箱壳体、前后轮毂、大货架、保险杠、车架、手把管、减振体及前又管等。如果这些零部件全部转换为镁合金零部件后，可使摩托车减少重量20%，每100公里可节约汽油O.4公升。例如重庆镁业科技有限公司2001年研发了LXl 50概念镁合金摩托车（图6），首特钢公司研发的镁合金折叠自行车仅重7公斤，获得第61届米兰国际两轮车展金奖。日用便携工具、日用品和灯具的应用如图7、图8。
3.在汽车等陆上交通工具上的应用。
1930年，Louis Chevrolet在一辆赛车上首次使用镁合金活塞。1936年德国大众汽车公司用压铸镁合金生产甲壳虫发动机传动系统零件。目前，用于汽车零件的镁合金压铸件主要有：仪表盘、座椅框架、变速箱壳、转向器系统、引擎盖、进气歧管、车门框架、发动机箱体、大型车身部件、汽缸体和支撑柱等。图9列出了在轿车上可能采用或已采用镁合金的一些部位，其中镁合金在汽车框架上的应用实例如图10所示，而对在汽车自动变速箱壳体、发动机缸体上应用的镁合金零部件（图11）则提出了更高的要求，因为它们都必须在一定温度下使用。其它陆上交通工具非承力件也用到镁合金，例如图12中所示部分零部件。当前，镁合金在汽车等交通工具上更大规模的应用仍需要克服一些问题，例如成本要低、耐腐蚀性能要更好、成形性能需要优化；同时需要对其疲劳寿命等进行综合评价实验。
国内较早就已经进行了多种镁合金汽车零部件研发。例如：重庆市镁合金材料工程技术研究中心与企业合作，在长安微型车上应用了8.03公斤镁合金压铸件。东风汽车有限公司在“七五”期间即开始从事镁合金新材料及其工艺的研究和研发，目前已实现批量生产的零件有：八种脚踏板、两种变速箱上盖、真空助力器中间隔板和制动阀体等。
4.在飞机发动机，框架、落地轮、驾驶舱和荧光屏上应用。
英国“V”型轰炸机每架用变形镁合金达1吨，s55直升机采用260磅变形镁合金蒙皮。美国B36型轰炸机用镁19000磅，B52型轰炸机用镁1400磅。图13所示是飞机发动机机匣（螺栓都配有镶嵌套，防止长期使用过程中发生电偶腐蚀失效）。
5.在火箭和空间探测器上的应用。
空天材料在追求高比强度的同时，还要求有良好的韧性、动态力学性能、可焊性以及耐蚀性。镁合金材料的特性在一定程度上能满足空间应用需求。例如“前卫”（Vanguard）号卫星发射火箭、“云雀”（Skylark）研究火箭、“红石”（Redstone）号火箭的计算机控制系统和导航系统以及“宇宙神”（AtIas）洲际运载火箭的控制系统和导航平台等都采用了镁合金部件。随着运载火箭尺寸的增大，凸显结构减重的效益，重型运载火箭将采用高强镁合金蒙皮结构，其内部诸多结构也需要采用镁合金部件，以提高运载火箭的有效载荷。
卫星、空间站等空间飞行器向长寿命、大型化发展。使用高强镁合金取代复合材料可以避免真空放气，取代铝合金可提高结构效率，屏蔽电磁干扰，提高可靠性，因此空间站上的机器人等都可用镁合金制造。例如，“发现号”（discoverer）卫星总重量为1500磅，其中1/3为镁合金；“Echo”卫星和通讯卫星“Telstar”中一些关键部件均用镁减轻重量。
6.在火炮、鱼雷、潜艇等武器上的应用。
美国30mm口径M230A1式链式航空炮采用镁合金后，结构简单、重量轻、可靠性好，具有较好的阻尼特性，减小机载设备的振动。火箭助飞增程鱼雷、微型鱼雷、反鱼雷鱼雷和潜艇阻尼结构件要求材料高阻尼、低密度、高比强、良好的冲击韧性和耐海洋环境腐蚀，可采用镁合金。再如美国“洛杉矶”级潜艇的噪声已降到120dB，正在建造的“海狼”级新一代潜艇噪声将达到110dB以下，要求采用阻尼性能良好的镁合金，见图14。 随着战略及战术导弹飞行速度的提高及射程的增加，结构减重变得更为迫切。因此可使用高强耐热镁合金代替中强铝合金材料制造导弹舱段、弹头支架、惯组支架、弹头壳体等。例如“太阳神”（Titan）导弹用镁2000磅，49%用于蒙皮：“猎鹰”（Falcon）导弹上结构件90%用镁；“梅斯”（Mace）导弹用变形镁1500磅；“蛇鲨”（Snark）导弹用变形镁1500磅；“奈基式”Ⅰ型（Nike-Hercules）地对空导弹用变形镁合金40磅、铸造镁合金200磅。
7.在生物医学上的应用。
可降解镁合金是当前国际上医用金属材料的研究热点，近年来研究发展迅速，临床应用前景诱人。
镁在体液中可实现均匀降解，并被人体吸收，作为医用植入材料可避免二次手术；而且镁是人体内的常量元素，具有良好的生物相容性和综合力学性能及可加工性；密度和模量均与骨组织更加接近，见表2和表3。
镁合金作为医用植入器件尝试的历史悠久，20世纪初期已被证明是生物安全和可完全降解的，但受当时冶金技术水平限制，材料降解太快，无法进行推广应用。近年来，随着镁合金冶金技术和表面处理技术的发展，作为可降解的医用植入材料的实验室试验和临床试验均取得了重要进展。
四、镁合金研发及产业化过程中的重要科学技术问题
虽然镁合金的广泛应用已初见端倪，但镁合金的研发和应用却远没有像钢铁和铝合金那样成熟，有许多特性有待深入的进一步认识和了解。例如镁的精炼和冶金质量控制、新型合金的设计、铸造与塑性成形工艺和变形镁合金的研发、耐热镁合金和高温紧固件的蠕变和弛豫性能、腐蚀防护与环境断裂控制、现场长期服役性能系统数据的积累以及针对全寿命周期的环保法规与回收等都有待研究。只有彻底了解其特性，才能突破产业化应用的限制。
我们知道，纯镁的力学性能不足以满足结构材料的要求。因此，必须采用合金化、压力加工等各种物理冶金方法制备成镁合金才能适应装备制造和应用方面的需求。
一般来说，首先需要采用合金化的办法来获得良好的综合力学性能。目前，国际上倾向于采用美国材料试验协会使用的方法来标示镁合金的化学成分。由两个英文字母和两位数字组成：前面两个英文字母表示合金中的两个重要合金元素，接下来后面两位数字表示主要合金元素的名义成分（质量分数，%）。以AZ91D合金为例，它是含有9%铝和1%锌的合金。最后的字母D是系列合金序号。
常用元素符号如表4所示：A-铝，E-稀土，H-钍，K-锆，M-锰，Q-银，S-硅，Z-锌。表4，镁合金中常用元素符号表。
镁合金分为铸造和变形两大不同的系列：
1.铸造镁合金，主要有AZ，AM、AS和AE系列：
AZ系列Mg-AI-Zn：AZ91、AZ81具有良好的铸造性能，具有高的屈服强度，是目前应用最广泛的压铸镁合金。
AM系列Mg-A1-Mn：AM60、AM50、AM20用于要求高延伸率和韧性，抗弯曲要求较高的工件，如车轮、车门、摩托车轮毂等。
AS系列Mg-AI-Si：AS21、AS41该系列合金含铝量更低，但由于含si，使合金同时具有良好的强度和韧性，并明显改善合金的高温抗蠕变性能。
AE系列Mg-AI-RE：稀土元素RE比si更为有效地提高Mg-Al合金的蠕变强度，压铸AE41和AE42合金的蠕变强度高于Mg-AI-Si合金。
2.变形镁合金：变形产品有更高的强度和塑性综合力学性能，具有组织结构的热加工调控能力，目前主要有AZ和ZK系列：
AZ系列Mg-Al-z n：Az31、AZ61、AZ80等具有良好的铸造性能，其中AZ80具有高的强度，AZ31具有优良的变形加工性能。
ZK系列Mg-Zn-Zr：ZK60用于要求高强和良好韧性，抗弯曲要求较高的工件，如飞机桁条等。
镁合金铸造遇到的技术难题是：冶炼过程中，容易形成氧化夹杂，一般用熔剂保护，但夹杂不能上浮，需要进一步发展熔体净化技术；镁合金压铸件容易出现气孔又不能热处理强化，需要深入研究镁合金铸造凝固组织的形成理论及控制技术，进一步指导铸造工艺设计及研发，提高承力铸件的可靠性和寿命。此外通常镁合金浇冒口比例大，铸造收得率低，需要发展新型近终成型技术和复杂零件的铸造成型技术。
镁合金变形遇到的技术难题是：变形加工过程组织的控制存在困难，如图15。因为镁合金晶格排列属六方结构，滑移系少、最易发生基面滑移和拉伸孪生，合金的变形加工性能差，生产成本高，价格目前难以被市场接受。变形加工时再结晶开始温度低、晶粒容易长大粗化；容易形成较强的基面织构，造成性能各向异性；变形加工后的组织不均匀，不稳定，塑性较差；因此二次成型困难，加工效率低、成品率低，进一步提高了产品的生产成本，价格更加难以被市场接受。
理论上，镁合金可以采用各种焊接工艺成型，包括电阻点焊、钨极氩弧焊、电子束焊接、激光焊接、激光电弧复合焊接、搅拌摩擦焊等，见图16，但是目前在工业上得到应用的焊接工艺只有钨极氩弧焊工艺。镁合金焊接时遇到的难题是：镁沸点低（1100℃），容易爆炸形成飞溅；熔点低，热导率高，焊缝及热影响区易产生过热、晶粒粗化和偏析等现象，降低焊接接头性能；镁合金化学性质活泼，焊接时需用惰性气体或焊剂保护；线膨胀系数较大，在焊接过程中会产生较大热应力，容易产生热裂纹和加大变形倾向；高温中能大量地溶解氢，随温度下降，其溶解度急剧减少，析出大量氢气容易形成气孔；镁的比热容和熔化潜热小，因此焊接时要求的输入热量少而焊接速度必须较高。
镁电极反应的标准电位低，在水溶液中发生阳极反应：Mg→Mg 2 e，和阴极反应：2H20 2e→20H- H2，容易腐蚀。从电位-pH图来看，当溶液的pH值低于10.5时，氢氧化镁不能稳定存在，当溶液的pH值高于10.5后，氢氧化镁才是稳定的。因此镁合金只有采取有效的防护措施才能满足不太苛刻环境介质中服役的需要。镁的腐蚀主要受到表面膜形成的影响，膜的性质决定腐蚀控制的效果。根据PB（Pilling Bedworth）原理，合金元素氧化物的体积与该合金元素的体积之比（V’/V）应大于1才能形成致密的保护氧化膜层；镁合金表面形成的氧化膜（MgO）的PB比为0.84，小于1，不能形成有效的稳定保护膜。 镁合金容易发生均匀腐蚀、点腐蚀、丝状腐蚀和电偶腐蚀，见图17。如果水溶液中还含有腐蚀性很强的离子，如氯离子等，镁上的表面膜对这些离子毫无抵抗能力。因此，实际上镁合金的腐蚀是产业化应用的最大障碍。提高镁合金耐蚀性存在多种途径。合金的纯净化、合金化和组织结构调整能够一定程度上改善耐蚀性，但目前最有效的措施还是表面防护处理。其中常用的技术包括化学转化膜，微弧氧化，金属镀层，真空镀和有机涂层等。今后还需要进一步发展性能稳定、满足环保要求，成本低廉，能够大规模工业应用的表面防护技术。
五、近几年新型镁合金研发进展及应用简介
5.1 Mg-Li系高塑性超轻镁合金研发
Li元素的加入能够改变镁的晶格常数、甚至晶体结构，使Mg-Li合金具有良好的热、冷加工性能（锻造、挤压、轧制等）和低温超塑性，人们已研发出超轻的镁合金，图18是Mg-Li合金的比重随Li含量的变化，随Li含量增加，其比重显著减小。
图19给出了已经在美国、俄罗斯等部分零件上得到工业应用的Mg-Li合金与航空铝合金密度比较。可以看出，Mg-Li合金作为最轻的金属结构材料在航空航天领域具有很大的应用潜力。
中国科学院金属研究所设计了超轻Mg-Li的成分，研发了-熔炼、熔盐保护技术，克服了氧化、消除了夹杂、研发的铸造成形技术，保证了铸件的致密性。在此基础上研究了稀土RE对Mg-Li合金组织的影响。sEM试验结果表明，轧制后镁锂合金板材的显微组织中形成较多的MgAlRE相，并且主要分布在β相中，α-Mg中只有少量AlLiRE。合金中α镁的织构被弱化，强度降低，并且基面极值向轧向RD和横向TD的偏转角度增大（图20）。添加Al和RE后，合金的屈服强度和抗拉强度提高一倍，同时伸长率基本保持不变。这是由于第二相强化有利于提高屈服强度，织构弱化增加了伸长率（图21-22）。金属所研发的镁锂合金比重约为铝合金的50-60%，强度相当于铸造AI-Si合金的水平。尽管国内还没有单位使用Mg-Li合金，但已向欧洲出口了300kg。
由于Li元素价格高昂导致Mg-Li合金产品的价格也十分昂贵。此外，Mg-Li合金的抗腐蚀性能太差，这两方面使Mg-Li系合金目前还难以大规模应用，只能在航天工业上获得少量应用。
5.2 利用多元合金化，提高塑性成形效率，研发高延展性镁合金
根据金属学的基本原理，基面滑移和拉伸孪生是密排六方金属的主要变形方式。镁合金变形后容易形成强烈的基面织构，因此变形镁合金的轧制、锻造性能差，制备成本高。高温下虽然能够具有超塑性和较好的成形性能，但是由于加工温度高，需要保护气氛，使产品成本大为提高。目前，市场上变形镁合金产品不到10%，急需发展变形镁合金产品及其应用技术。只有研发多种规格的板材、型材和管材才有可能显著扩大镁合金的应用。
实践证明，通过普通轧制方式使AZ31合金获得优异的室温塑性比较困难。利用等通道挤压加工引入剪切变形，导致基面织构倾转可有效提高AZ31镁合金的室温塑性，达到45%。采用旋转挤压工艺，其室温伸长率可以提高到30%。这两种方法的效果较好，但无法生产宽幅板材，加工效率低。另外，异步轧制产生剪切带，剪切带内的晶粒具有随机化的取向，通常使晶粒c轴沿RD方向倾转约5～20°，可生产宽幅板材，但弱化基面织构效果一般。
研究结果表明，通过合金化弱化基面织构是提高镁合金塑性的有效方法。只需0.1wt.%稀土元素就可产生织构弱化效果，而添加Y元素可弱化基面织构，提高板材冲压性能。
直到2009年，国际上采用稀土元素改善镁的室温塑性研究主要针对二元合金开展基础研究，其主要目的是阐明稀土弱化织构机制。但二元合金系对塑性改善有限，且合金强度不足，不适合工业应用。为此金属研究所开展了高延展性多元稀土镁合金的研究，所研发的新型Mg-Zn-Gd轧制板材沿横向的伸长率达到40%以上，显著高于其它方式制备的AZ31及其它稀土镁合金。新型轧制板材各向异性比AZ31低，应变硬化指数比铝高，因而室温成形性能良好（Lankford值，在某一应变量时，宽度/厚度方向应变的比值）。板材在室温下具有良好的室温成形性能，与一些典型铝合金接近，有望在工业上实现镁合金板材的室温深冲、胀形成形，见图23-24。高延展性Mg-Zn-Gd与AZ31板材室温变形机制比较研究发现，织构基轴的偏转角度对变形机制（尤其是孪生类型）起着决定性的作用，并对塑性起着重要影响。
由于热轧后的Mg-Zn-Gd具有很高的塑性和成形性能，因而其也具有很好的冷轧性能，可以在单道次压下30%变形量不开裂，也可以多道次冷轧，总压下量最高可达到45%。因而可以利用冷轧 退火实现对轧制板材塑性和强度的调控，如图25-26。
目前金属研究所可生产出宽500mm，厚度为O.5-3mm新型高塑性镁合金板材。正在积极推进年产2000吨镁合金轧制板材生产线的建设。
5，2 镁合金强化机理研究的进展及高强度镁合金设计
RE元素（Gd，Y等）具有异常高的固溶强化效果。第一性原理计算表明，镁合金中加入RE元素不仅增强Mg-RE之间的共价键，还使得其周围的Mg-Mg共价键得到显著增强，二者是RE元素具有反常高的固溶强化效果的根本原因。
研究结果表明，综合利用固溶强化、沉淀强化、晶粒细化和织构调控设计出来的三元基Mg-1.48Gd-1.1 3Y-O.16Zr（at.%）合金，其强度的计算值与实验结果相吻合，见图40-41。合金综合力学性能优于目前文献报道其它同类合金。
5.3 高强度变形镁合金及其在航天工程上的应用
根据上述强化机理及织构调控的基本原理，为了满足神舟六号的设计要求，以及结构设计对材料物理、腐蚀、力学性能、材料加工性能和尺寸稳定性等方面的综合要求，金属所设计了一种ZW61合金（金属所内部命名为G04合金标准），选择适当的加工工艺，由铸坯直接成功的锻造成大尺寸构件。其与其它镁合金的物理性能的对比。 该镁合金材料实现了材料的物理性能（比重、导热、膨胀系数、尺寸稳定性、电磁屏蔽功能）、力学性能（常规强度与韧性、冷一热循环疲劳性能）、防护涂层附着力、规格尺寸和优良的切削加工性能的综合统一，在空间飞行器上获得了大量应用。
5.4 高强铸造镁合金大型薄壁铸件及其在大型运载火箭上的应用
镁合金铸件凝固过程中容易产生热裂、气孔及显微疏松等铸造缺陷，生产大型、薄壁、和形状复杂的构件尤为困难。
金属研究所新研发的高强高韧低成本的铸造镁合金性能高于商业Az91合金，可用于砂型、金属型铸造工艺生产各种机械零部件，也适用于熔模精密铸造。重力铸造条件下，与不同铸造方法（包括流变铸造，半固态触变注射成型）制备的AZ91合金的力学性能比较。利用熔模铸造以净终成型工艺成功制造了航天飞行器大型xx底座部件，见图31。图32所示铸造成功的大型（870mm×480 mm×470mm）、薄壁（铆接弧面厚度3～4mm、加载平面厚度6mm）、形状复杂航天构件的成品。
六、镁合金防腐蚀技术研发进展的实例
镁合金容易腐蚀，导致器件失效。耐蚀性不足是当前限制镁合金应用重要因素之一，必须设法克服。下面介绍金属所新近在转化膜、化学镀及自封孔微弧氧化方面取得的新进展。
6.1 镁合金表面转化膜及其在汽车上的应用
转化膜的作用是阻挡侵蚀性介质渗入的屏障，防止涂层起泡，提高结合力。为此，研发了磷酸盐环保型转化膜，并在中、美、加国际合作中参加了在俄亥俄州立大学进行的耐蚀性同行盲评。世界范围有11个单位提供样品（包括国际著名公司：Henkel、ChemetalI、AHC、Atotech、MacDermid等），金属研究所的磷酸盐处理工艺（K）获得最好的成绩，见图33。该种转化膜申请的专利，在北京和长春一汽实现了产业化应用，计划达到年产68万件/年；目前已在威志、夏利N3、解放V70、解放V80上使用，累计装车并销售60多万辆，见图34。
6.2 镁合金化学镀及其在航天工程上的应用
某飞行器电控箱使用了镁合金，要求在空间环境中使用时能够保证器件的电磁特性，并要求在大气中储存后能保持其防蚀功能，因此采用化学镀镍作为最后一道工序。然而在使用过程中发现镁合金化学镀层的结合力不足，镀层不能通过冷热循环，由于镁合金腐蚀引起电阻升高超限，需要研发一种能够耐受-40℃-80℃冷热循环仍能保持功能不变的镀层。
实验结果表明，镁合金化学镀预处理时所生成的表面氟化物膜是决定镀层性能的关键，通过控制氟化膜的生长方式及覆盖度，可以提高镀层的结合力，通过了液氮循环激冷实验，见图35。
迄今，天宫一号搭载的化学镀镍处理的镁合金件运行良好，验证了镁合金化学镀技术的可靠性；目前镁合金耐温变、导电涂镀层在航天器上已经在6个型号1000余件上使用，涂镀层性能无变化。十二五已确定在十个型号的航天器上使用。
6.3 镁合金自封孔微弧氧化膜
微弧氧化可在镁合金表面形成一种陶瓷膜，是最有效的防护措施之一。采用这种工艺在成膜过程中由于表面高电场强度作用，在膜层表面形成微小火花，在膜层的薄弱位置会发生电击穿，放电区域周围的膜层、基体以及电解质溶液迁移进入放电通道内，形成等离子体团。在等离子团冷却过程中，熔融态化合物在放电通道内气体的作用下，沉积在温度相对较低的放电通道周围的膜层的内壁上，而在放电通道中心区域由于没有化合物沉积而出现孔洞。普通微弧氧化膜由MgO组成并存在大量孔隙。MgO因水解可转化为Mg（OH2），使膜层退化为粉末而失去保护功能。因此，只有降低膜层中缺陷的数量和增加化合物的稳定性才能提高膜层的耐腐蚀性能。具体的说，就需要通过调整溶液成分和处理工艺，来影响膜层表面微孔的形成过程和化合物沉积的过程，进而降低膜层中缺陷的数量和增加膜层成分的稳定性，提高膜层的耐腐蚀性能，见图36。试验表明采用含有氟锆酸钾为主盐、磷酸二氢胺、膜层生长促进剂和稳定剂的溶液达到了这一目的。
七、生物可降解镁合金研究的进展
2011年3月我国在北京组织了以“生物可降解金属研究发展与临床应用面临的挑战”为主题的香山科学会议。金属所杨柯研究员在会上的主题评述报告“生物可降解金属——一类革命性的新型生物医用金属材料”介绍了该领域的研究动向。
金属所的研究工作集中在骨内固定器件、骨内填充材料和心血管支架三个应用方向，有待解决的科学问题包括镁合金的降解行为，生物安全性，新型医用镁合金和控制降解速度的表面改性等。目前在动物实验方面已取得比较重要的结果，如图37-38所示。
八、结束语——镁合金作为轻质工程材料的产业化前景良好
在充分认识镁合金材料学特性和环境条件的基础上，镁合金在宇航、交通、信息、装备制造业和医用领域都有良好的应用前景，有些方面其作用是不可替代的。镁，作为结构材料的潜力尚未充分研发出来，宛如美丽的淑女正待嫁闺中。“在材料领域中还没有任何材料像镁那样，潜力与现实有如此大的颠倒”。
中国是镁资源大国，应该利用这种条件，提升镁资源的价值，调整产业结构，努力扩大镁的应用，引领镁产业的发展，成为镁产业的强国。据业内人士分析计算，当Mg：AI价格比为1.3：1时，镁合金就可以与铝在市场上竞争。目前已经达到了1.3：1。我们可以预期：由于传统材料资源的耗竭，随着镁合金生产技术的进步、如果政策得当，中国、乃至全球大规模研发和应用镁合金的时机即将到来。
与传统材料铝、钢和塑料的情况不同，镁产业在中国还不成熟，产业链尚不完整。镁合金除压力铸造技术比较成熟外，其它铸造工艺技术、理论和工艺研究仍十分薄弱，熟练的技术工人十分缺乏。必须加强铸造镁合金冶金缺陷倾向和规模化制品质量稳定性控制的金属学理论研究，建立良好的学术基础；发展高强高韧大型薄壁铸件的制造技术理论，稳步推动和扩大镁合金铸件的应用。
镁合金塑性加工性能差，成品率低，生产效率也低，而且变形镁合金很难进一步二次成型，二次加工成本高，推广应用困难。变形镁合金板材、型材和管材的合金开发和制造工艺研发是目前实现镁合金规模化应用的短板，需要重点投入资金和工程技术力量才能取得突破性的进展。
腐蚀和蠕变性能不足仍是限制镁合金使用的主要原因。因此一方面要研发稳定、可靠的腐蚀防护技术和耐热镁合金，另一方面也需要改变工程中零部件设计思路，扬长避短，合理的使用镁合金；用户分享技术进步成果将加速镁合金的产业化进程。
目前数据库不够完善，设计人员对镁合金的了解程度不足是另一个限制镁合金扩大应用的原因。为了推进我国镁合金产业化的进程，需要加强基础研究、合金设计、工艺研究以及服役性能考核等环节之间的相互沟通。
生物可降解镁合金是一个新的研究热点。当前，体内外降解行为研究，生物安全性研究、相关产品研发等方面的进展已为可降解镁合金的临床应用提供了可靠依据。中国在可降解镁合金的研究及相关产品研发方面已走在国际前列，还需大力研发自主知识产权的相关医疗器械产品，尽快抢占相关领域及市场的制高点。
内容提要
本文介绍了中国镁资源和镁产业发展概况、镁合金的主要特点及其规模化应用的曲折历史；讨论了镁合金研发及产业化过程中的重要科学技术问题和研发应用的实例。作者指出，镁合金作为结构材料的潜力尚未充分研发出来。在充分认识材料特性和环境条件的基础上，镁合金在宇航、交通、信息、装备制造业、日常生活和生物医用中都有良好的应用前景，在一些情况下，其作用是不可替代的。中国有条件由镁资源大国发展成为镁产业的强国，为此需要调整镁产业结构，扩大镁合金研发与应用研究。当前，大型、薄壁高强度镁合金铸件、镁合金变形材的研发、防腐蚀技术的改进、产品设计理念的变更和基础数据积累是镁合金实现产业化的短板，需要重点配置研发力量。
一、引言
二、中国镁资源及镁产业的概况
三、镁合金的主要特点及其产业化应用的曲折历史
3.1 镁及其合金的主要特点
3.2 镁的应用经历了相当曲折的历史过程
3.3 进一步扩大镁合金应用的必要性和可能性
下面通过一些实例说明进一步扩大镁合金应用的必要性和可能性。
1.在计算机（computer）、通讯（communication）和消费性电子产品（consumer Electronics）3c产品上的应用。
镁合金具有良好的刚性、尺寸稳定性、导热性、电磁波屏蔽性和较高振动吸收性，因而其用于3C产品外壳散热快、可减少噪音传递，保护内部电路不受外界电磁的干扰。例如华硕M5A纪念版笔记本上盖、三星超薄手机D848镁合金滑盖，EOS-1D Mark Ⅲ佳能照相机机身、底盘和反光镜箱等。
目前主要用压铸生产镁合金产品，但成品率较低，后处理复杂，尤其是表面处理技术更为关键。因此，发展可冷冲压成形的镁合金板材并用其生产电子产品是未来发展趋势。
2.在自行车、摩托车、日用便携工具和灯具上的应用。
摩托车和自行车通常用钢和铝合金材料，比较重，惯性和制动距离大，既浪费能量又影响灵活性。使用镁合金有利于减重、减振、降低油耗，能改善驾乘的舒适性及可靠性。目前可以用镁合金替代的摩托车零部件主要有：发动机曲轴箱壳体、前后轮毂、大货架、保险杠、车架、手把管、减振体及前又管等。如果这些零部件全部转换为镁合金零部件后，可使摩托车减少重量20%，每100公里可节约汽油O.4公升。例如重庆镁业科技有限公司2001年研发了LXl 50概念镁合金摩托车（图6），首特钢公司研发的镁合金折叠自行车仅重7公斤，获得第61届米兰国际两轮车展金奖。日用便携工具、日用品和灯具的应用如图7、图8。
3.在汽车等陆上交通工具上的应用。
1930年，Louis Chevrolet在一辆赛车上首次使用镁合金活塞。1936年德国大众汽车公司用压铸镁合金生产甲壳虫发动机传动系统零件。目前，用于汽车零件的镁合金压铸件主要有：仪表盘、座椅框架、变速箱壳、转向器系统、引擎盖、进气歧管、车门框架、发动机箱体、大型车身部件、汽缸体和支撑柱等。图9列出了在轿车上可能采用或已采用镁合金的一些部位，其中镁合金在汽车框架上的应用实例如图10所示，而对在汽车自动变速箱壳体、发动机缸体上应用的镁合金零部件（图11）则提出了更高的要求，因为它们都必须在一定温度下使用。其它陆上交通工具非承力件也用到镁合金，例如图12中所示部分零部件。当前，镁合金在汽车等交通工具上更大规模的应用仍需要克服一些问题，例如成本要低、耐腐蚀性能要更好、成形性能需要优化；同时需要对其疲劳寿命等进行综合评价实验。
国内较早就已经进行了多种镁合金汽车零部件研发。例如：重庆市镁合金材料工程技术研究中心与企业合作，在长安微型车上应用了8.03公斤镁合金压铸件。东风汽车有限公司在“七五”期间即开始从事镁合金新材料及其工艺的研究和研发，目前已实现批量生产的零件有：八种脚踏板、两种变速箱上盖、真空助力器中间隔板和制动阀体等。
4.在飞机发动机，框架、落地轮、驾驶舱和荧光屏上应用。
英国“V”型轰炸机每架用变形镁合金达1吨，s55直升机采用260磅变形镁合金蒙皮。美国B36型轰炸机用镁19000磅，B52型轰炸机用镁1400磅。图13所示是飞机发动机机匣（螺栓都配有镶嵌套，防止长期使用过程中发生电偶腐蚀失效）。
5.在火箭和空间探测器上的应用。
空天材料在追求高比强度的同时，还要求有良好的韧性、动态力学性能、可焊性以及耐蚀性。镁合金材料的特性在一定程度上能满足空间应用需求。例如“前卫”（Vanguard）号卫星发射火箭、“云雀”（Skylark）研究火箭、“红石”（Redstone）号火箭的计算机控制系统和导航系统以及“宇宙神”（AtIas）洲际运载火箭的控制系统和导航平台等都采用了镁合金部件。随着运载火箭尺寸的增大，凸显结构减重的效益，重型运载火箭将采用高强镁合金蒙皮结构，其内部诸多结构也需要采用镁合金部件，以提高运载火箭的有效载荷。
卫星、空间站等空间飞行器向长寿命、大型化发展。使用高强镁合金取代复合材料可以避免真空放气，取代铝合金可提高结构效率，屏蔽电磁干扰，提高可靠性，因此空间站上的机器人等都可用镁合金制造。例如，“发现号”（discoverer）卫星总重量为1500磅，其中1/3为镁合金；“Echo”卫星和通讯卫星“Telstar”中一些关键部件均用镁减轻重量。
6.在火炮、鱼雷、潜艇等武器上的应用。
美国30mm口径M230A1式链式航空炮采用镁合金后，结构简单、重量轻、可靠性好，具有较好的阻尼特性，减小机载设备的振动。火箭助飞增程鱼雷、微型鱼雷、反鱼雷鱼雷和潜艇阻尼结构件要求材料高阻尼、低密度、高比强、良好的冲击韧性和耐海洋环境腐蚀，可采用镁合金。再如美国“洛杉矶”级潜艇的噪声已降到120dB，正在建造的“海狼”级新一代潜艇噪声将达到110dB以下，要求采用阻尼性能良好的镁合金，见图14。 随着战略及战术导弹飞行速度的提高及射程的增加，结构减重变得更为迫切。因此可使用高强耐热镁合金代替中强铝合金材料制造导弹舱段、弹头支架、惯组支架、弹头壳体等。例如“太阳神”（Titan）导弹用镁2000磅，49%用于蒙皮：“猎鹰”（Falcon）导弹上结构件90%用镁；“梅斯”（Mace）导弹用变形镁1500磅；“蛇鲨”（Snark）导弹用变形镁1500磅；“奈基式”Ⅰ型（Nike-Hercules）地对空导弹用变形镁合金40磅、铸造镁合金200磅。
7.在生物医学上的应用。
可降解镁合金是当前国际上医用金属材料的研究热点，近年来研究发展迅速，临床应用前景诱人。
镁在体液中可实现均匀降解，并被人体吸收，作为医用植入材料可避免二次手术；而且镁是人体内的常量元素，具有良好的生物相容性和综合力学性能及可加工性；密度和模量均与骨组织更加接近，见表2和表3。
镁合金作为医用植入器件尝试的历史悠久，20世纪初期已被证明是生物安全和可完全降解的，但受当时冶金技术水平限制，材料降解太快，无法进行推广应用。近年来，随着镁合金冶金技术和表面处理技术的发展，作为可降解的医用植入材料的实验室试验和临床试验均取得了重要进展。
四、镁合金研发及产业化过程中的重要科学技术问题
虽然镁合金的广泛应用已初见端倪，但镁合金的研发和应用却远没有像钢铁和铝合金那样成熟，有许多特性有待深入的进一步认识和了解。例如镁的精炼和冶金质量控制、新型合金的设计、铸造与塑性成形工艺和变形镁合金的研发、耐热镁合金和高温紧固件的蠕变和弛豫性能、腐蚀防护与环境断裂控制、现场长期服役性能系统数据的积累以及针对全寿命周期的环保法规与回收等都有待研究。只有彻底了解其特性，才能突破产业化应用的限制。
我们知道，纯镁的力学性能不足以满足结构材料的要求。因此，必须采用合金化、压力加工等各种物理冶金方法制备成镁合金才能适应装备制造和应用方面的需求。
一般来说，首先需要采用合金化的办法来获得良好的综合力学性能。目前，国际上倾向于采用美国材料试验协会使用的方法来标示镁合金的化学成分。由两个英文字母和两位数字组成：前面两个英文字母表示合金中的两个重要合金元素，接下来后面两位数字表示主要合金元素的名义成分（质量分数，%）。以AZ91D合金为例，它是含有9%铝和1%锌的合金。最后的字母D是系列合金序号。
常用元素符号如表4所示：A-铝，E-稀土，H-钍，K-锆，M-锰，Q-银，S-硅，Z-锌。表4，镁合金中常用元素符号表。
镁合金分为铸造和变形两大不同的系列：
1.铸造镁合金，主要有AZ，AM、AS和AE系列：
AZ系列Mg-AI-Zn：AZ91、AZ81具有良好的铸造性能，具有高的屈服强度，是目前应用最广泛的压铸镁合金。
AM系列Mg-A1-Mn：AM60、AM50、AM20用于要求高延伸率和韧性，抗弯曲要求较高的工件，如车轮、车门、摩托车轮毂等。
AS系列Mg-AI-Si：AS21、AS41该系列合金含铝量更低，但由于含si，使合金同时具有良好的强度和韧性，并明显改善合金的高温抗蠕变性能。
AE系列Mg-AI-RE：稀土元素RE比si更为有效地提高Mg-Al合金的蠕变强度，压铸AE41和AE42合金的蠕变强度高于Mg-AI-Si合金。
2.变形镁合金：变形产品有更高的强度和塑性综合力学性能，具有组织结构的热加工调控能力，目前主要有AZ和ZK系列：
AZ系列Mg-Al-z n：Az31、AZ61、AZ80等具有良好的铸造性能，其中AZ80具有高的强度，AZ31具有优良的变形加工性能。
ZK系列Mg-Zn-Zr：ZK60用于要求高强和良好韧性，抗弯曲要求较高的工件，如飞机桁条等。
镁合金铸造遇到的技术难题是：冶炼过程中，容易形成氧化夹杂，一般用熔剂保护，但夹杂不能上浮，需要进一步发展熔体净化技术；镁合金压铸件容易出现气孔又不能热处理强化，需要深入研究镁合金铸造凝固组织的形成理论及控制技术，进一步指导铸造工艺设计及研发，提高承力铸件的可靠性和寿命。此外通常镁合金浇冒口比例大，铸造收得率低，需要发展新型近终成型技术和复杂零件的铸造成型技术。
镁合金变形遇到的技术难题是：变形加工过程组织的控制存在困难，如图15。因为镁合金晶格排列属六方结构，滑移系少、最易发生基面滑移和拉伸孪生，合金的变形加工性能差，生产成本高，价格目前难以被市场接受。变形加工时再结晶开始温度低、晶粒容易长大粗化；容易形成较强的基面织构，造成性能各向异性；变形加工后的组织不均匀，不稳定，塑性较差；因此二次成型困难，加工效率低、成品率低，进一步提高了产品的生产成本，价格更加难以被市场接受。
理论上，镁合金可以采用各种焊接工艺成型，包括电阻点焊、钨极氩弧焊、电子束焊接、激光焊接、激光电弧复合焊接、搅拌摩擦焊等，见图16，但是目前在工业上得到应用的焊接工艺只有钨极氩弧焊工艺。镁合金焊接时遇到的难题是：镁沸点低（1100℃），容易爆炸形成飞溅；熔点低，热导率高，焊缝及热影响区易产生过热、晶粒粗化和偏析等现象，降低焊接接头性能；镁合金化学性质活泼，焊接时需用惰性气体或焊剂保护；线膨胀系数较大，在焊接过程中会产生较大热应力，容易产生热裂纹和加大变形倾向；高温中能大量地溶解氢，随温度下降，其溶解度急剧减少，析出大量氢气容易形成气孔；镁的比热容和熔化潜热小，因此焊接时要求的输入热量少而焊接速度必须较高。
镁电极反应的标准电位低，在水溶液中发生阳极反应：Mg→Mg 2 e，和阴极反应：2H20 2e→20H- H2，容易腐蚀。从电位-pH图来看，当溶液的pH值低于10.5时，氢氧化镁不能稳定存在，当溶液的pH值高于10.5后，氢氧化镁才是稳定的。因此镁合金只有采取有效的防护措施才能满足不太苛刻环境介质中服役的需要。镁的腐蚀主要受到表面膜形成的影响，膜的性质决定腐蚀控制的效果。根据PB（Pilling Bedworth）原理，合金元素氧化物的体积与该合金元素的体积之比（V’/V）应大于1才能形成致密的保护氧化膜层；镁合金表面形成的氧化膜（MgO）的PB比为0.84，小于1，不能形成有效的稳定保护膜。 镁合金容易发生均匀腐蚀、点腐蚀、丝状腐蚀和电偶腐蚀，见图17。如果水溶液中还含有腐蚀性很强的离子，如氯离子等，镁上的表面膜对这些离子毫无抵抗能力。因此，实际上镁合金的腐蚀是产业化应用的最大障碍。提高镁合金耐蚀性存在多种途径。合金的纯净化、合金化和组织结构调整能够一定程度上改善耐蚀性，但目前最有效的措施还是表面防护处理。其中常用的技术包括化学转化膜，微弧氧化，金属镀层，真空镀和有机涂层等。今后还需要进一步发展性能稳定、满足环保要求，成本低廉，能够大规模工业应用的表面防护技术。
五、近几年新型镁合金研发进展及应用简介
5.1 Mg-Li系高塑性超轻镁合金研发
Li元素的加入能够改变镁的晶格常数、甚至晶体结构，使Mg-Li合金具有良好的热、冷加工性能（锻造、挤压、轧制等）和低温超塑性，人们已研发出超轻的镁合金，图18是Mg-Li合金的比重随Li含量的变化，随Li含量增加，其比重显著减小。
图19给出了已经在美国、俄罗斯等部分零件上得到工业应用的Mg-Li合金与航空铝合金密度比较。可以看出，Mg-Li合金作为最轻的金属结构材料在航空航天领域具有很大的应用潜力。
中国科学院金属研究所设计了超轻Mg-Li的成分，研发了-熔炼、熔盐保护技术，克服了氧化、消除了夹杂、研发的铸造成形技术，保证了铸件的致密性。在此基础上研究了稀土RE对Mg-Li合金组织的影响。sEM试验结果表明，轧制后镁锂合金板材的显微组织中形成较多的MgAlRE相，并且主要分布在β相中，α-Mg中只有少量AlLiRE。合金中α镁的织构被弱化，强度降低，并且基面极值向轧向RD和横向TD的偏转角度增大（图20）。添加Al和RE后，合金的屈服强度和抗拉强度提高一倍，同时伸长率基本保持不变。这是由于第二相强化有利于提高屈服强度，织构弱化增加了伸长率（图21-22）。金属所研发的镁锂合金比重约为铝合金的50-60%，强度相当于铸造AI-Si合金的水平。尽管国内还没有单位使用Mg-Li合金，但已向欧洲出口了300kg。
由于Li元素价格高昂导致Mg-Li合金产品的价格也十分昂贵。此外，Mg-Li合金的抗腐蚀性能太差，这两方面使Mg-Li系合金目前还难以大规模应用，只能在航天工业上获得少量应用。
5.2 利用多元合金化，提高塑性成形效率，研发高延展性镁合金
根据金属学的基本原理，基面滑移和拉伸孪生是密排六方金属的主要变形方式。镁合金变形后容易形成强烈的基面织构，因此变形镁合金的轧制、锻造性能差，制备成本高。高温下虽然能够具有超塑性和较好的成形性能，但是由于加工温度高，需要保护气氛，使产品成本大为提高。目前，市场上变形镁合金产品不到10%，急需发展变形镁合金产品及其应用技术。只有研发多种规格的板材、型材和管材才有可能显著扩大镁合金的应用。
实践证明，通过普通轧制方式使AZ31合金获得优异的室温塑性比较困难。利用等通道挤压加工引入剪切变形，导致基面织构倾转可有效提高AZ31镁合金的室温塑性，达到45%。采用旋转挤压工艺，其室温伸长率可以提高到30%。这两种方法的效果较好，但无法生产宽幅板材，加工效率低。另外，异步轧制产生剪切带，剪切带内的晶粒具有随机化的取向，通常使晶粒c轴沿RD方向倾转约5～20°，可生产宽幅板材，但弱化基面织构效果一般。
研究结果表明，通过合金化弱化基面织构是提高镁合金塑性的有效方法。只需0.1wt.%稀土元素就可产生织构弱化效果，而添加Y元素可弱化基面织构，提高板材冲压性能。
直到2009年，国际上采用稀土元素改善镁的室温塑性研究主要针对二元合金开展基础研究，其主要目的是阐明稀土弱化织构机制。但二元合金系对塑性改善有限，且合金强度不足，不适合工业应用。为此金属研究所开展了高延展性多元稀土镁合金的研究，所研发的新型Mg-Zn-Gd轧制板材沿横向的伸长率达到40%以上，显著高于其它方式制备的AZ31及其它稀土镁合金。新型轧制板材各向异性比AZ31低，应变硬化指数比铝高，因而室温成形性能良好（Lankford值，在某一应变量时，宽度/厚度方向应变的比值）。板材在室温下具有良好的室温成形性能，与一些典型铝合金接近，有望在工业上实现镁合金板材的室温深冲、胀形成形，见图23-24。高延展性Mg-Zn-Gd与AZ31板材室温变形机制比较研究发现，织构基轴的偏转角度对变形机制（尤其是孪生类型）起着决定性的作用，并对塑性起着重要影响。
由于热轧后的Mg-Zn-Gd具有很高的塑性和成形性能，因而其也具有很好的冷轧性能，可以在单道次压下30%变形量不开裂，也可以多道次冷轧，总压下量最高可达到45%。因而可以利用冷轧 退火实现对轧制板材塑性和强度的调控，如图25-26。
目前金属研究所可生产出宽500mm，厚度为O.5-3mm新型高塑性镁合金板材。正在积极推进年产2000吨镁合金轧制板材生产线的建设。
5，2 镁合金强化机理研究的进展及高强度镁合金设计
RE元素（Gd，Y等）具有异常高的固溶强化效果。第一性原理计算表明，镁合金中加入RE元素不仅增强Mg-RE之间的共价键，还使得其周围的Mg-Mg共价键得到显著增强，二者是RE元素具有反常高的固溶强化效果的根本原因。
研究结果表明，综合利用固溶强化、沉淀强化、晶粒细化和织构调控设计出来的三元基Mg-1.48Gd-1.1 3Y-O.16Zr（at.%）合金，其强度的计算值与实验结果相吻合，见图40-41。合金综合力学性能优于目前文献报道其它同类合金。
5.3 高强度变形镁合金及其在航天工程上的应用
根据上述强化机理及织构调控的基本原理，为了满足神舟六号的设计要求，以及结构设计对材料物理、腐蚀、力学性能、材料加工性能和尺寸稳定性等方面的综合要求，金属所设计了一种ZW61合金（金属所内部命名为G04合金标准），选择适当的加工工艺，由铸坯直接成功的锻造成大尺寸构件。其与其它镁合金的物理性能的对比。 该镁合金材料实现了材料的物理性能（比重、导热、膨胀系数、尺寸稳定性、电磁屏蔽功能）、力学性能（常规强度与韧性、冷一热循环疲劳性能）、防护涂层附着力、规格尺寸和优良的切削加工性能的综合统一，在空间飞行器上获得了大量应用。
5.4 高强铸造镁合金大型薄壁铸件及其在大型运载火箭上的应用
镁合金铸件凝固过程中容易产生热裂、气孔及显微疏松等铸造缺陷，生产大型、薄壁、和形状复杂的构件尤为困难。
金属研究所新研发的高强高韧低成本的铸造镁合金性能高于商业Az91合金，可用于砂型、金属型铸造工艺生产各种机械零部件，也适用于熔模精密铸造。重力铸造条件下，与不同铸造方法（包括流变铸造，半固态触变注射成型）制备的AZ91合金的力学性能比较。利用熔模铸造以净终成型工艺成功制造了航天飞行器大型xx底座部件，见图31。图32所示铸造成功的大型（870mm×480 mm×470mm）、薄壁（铆接弧面厚度3～4mm、加载平面厚度6mm）、形状复杂航天构件的成品。
六、镁合金防腐蚀技术研发进展的实例
镁合金容易腐蚀，导致器件失效。耐蚀性不足是当前限制镁合金应用重要因素之一，必须设法克服。下面介绍金属所新近在转化膜、化学镀及自封孔微弧氧化方面取得的新进展。
6.1 镁合金表面转化膜及其在汽车上的应用
转化膜的作用是阻挡侵蚀性介质渗入的屏障，防止涂层起泡，提高结合力。为此，研发了磷酸盐环保型转化膜，并在中、美、加国际合作中参加了在俄亥俄州立大学进行的耐蚀性同行盲评。世界范围有11个单位提供样品（包括国际著名公司：Henkel、ChemetalI、AHC、Atotech、MacDermid等），金属研究所的磷酸盐处理工艺（K）获得最好的成绩，见图33。该种转化膜申请的专利，在北京和长春一汽实现了产业化应用，计划达到年产68万件/年；目前已在威志、夏利N3、解放V70、解放V80上使用，累计装车并销售60多万辆，见图34。
6.2 镁合金化学镀及其在航天工程上的应用
某飞行器电控箱使用了镁合金，要求在空间环境中使用时能够保证器件的电磁特性，并要求在大气中储存后能保持其防蚀功能，因此采用化学镀镍作为最后一道工序。然而在使用过程中发现镁合金化学镀层的结合力不足，镀层不能通过冷热循环，由于镁合金腐蚀引起电阻升高超限，需要研发一种能够耐受-40℃-80℃冷热循环仍能保持功能不变的镀层。
实验结果表明，镁合金化学镀预处理时所生成的表面氟化物膜是决定镀层性能的关键，通过控制氟化膜的生长方式及覆盖度，可以提高镀层的结合力，通过了液氮循环激冷实验，见图35。
迄今，天宫一号搭载的化学镀镍处理的镁合金件运行良好，验证了镁合金化学镀技术的可靠性；目前镁合金耐温变、导电涂镀层在航天器上已经在6个型号1000余件上使用，涂镀层性能无变化。十二五已确定在十个型号的航天器上使用。
6.3 镁合金自封孔微弧氧化膜
微弧氧化可在镁合金表面形成一种陶瓷膜，是最有效的防护措施之一。采用这种工艺在成膜过程中由于表面高电场强度作用，在膜层表面形成微小火花，在膜层的薄弱位置会发生电击穿，放电区域周围的膜层、基体以及电解质溶液迁移进入放电通道内，形成等离子体团。在等离子团冷却过程中，熔融态化合物在放电通道内气体的作用下，沉积在温度相对较低的放电通道周围的膜层的内壁上，而在放电通道中心区域由于没有化合物沉积而出现孔洞。普通微弧氧化膜由MgO组成并存在大量孔隙。MgO因水解可转化为Mg（OH2），使膜层退化为粉末而失去保护功能。因此，只有降低膜层中缺陷的数量和增加化合物的稳定性才能提高膜层的耐腐蚀性能。具体的说，就需要通过调整溶液成分和处理工艺，来影响膜层表面微孔的形成过程和化合物沉积的过程，进而降低膜层中缺陷的数量和增加膜层成分的稳定性，提高膜层的耐腐蚀性能，见图36。试验表明采用含有氟锆酸钾为主盐、磷酸二氢胺、膜层生长促进剂和稳定剂的溶液达到了这一目的。
七、生物可降解镁合金研究的进展
2011年3月我国在北京组织了以“生物可降解金属研究发展与临床应用面临的挑战”为主题的香山科学会议。金属所杨柯研究员在会上的主题评述报告“生物可降解金属——一类革命性的新型生物医用金属材料”介绍了该领域的研究动向。
金属所的研究工作集中在骨内固定器件、骨内填充材料和心血管支架三个应用方向，有待解决的科学问题包括镁合金的降解行为，生物安全性，新型医用镁合金和控制降解速度的表面改性等。目前在动物实验方面已取得比较重要的结果，如图37-38所示。
八、结束语——镁合金作为轻质工程材料的产业化前景良好
在充分认识镁合金材料学特性和环境条件的基础上，镁合金在宇航、交通、信息、装备制造业和医用领域都有良好的应用前景，有些方面其作用是不可替代的。镁，作为结构材料的潜力尚未充分研发出来，宛如美丽的淑女正待嫁闺中。“在材料领域中还没有任何材料像镁那样，潜力与现实有如此大的颠倒”。
中国是镁资源大国，应该利用这种条件，提升镁资源的价值，调整产业结构，努力扩大镁的应用，引领镁产业的发展，成为镁产业的强国。据业内人士分析计算，当Mg：AI价格比为1.3：1时，镁合金就可以与铝在市场上竞争。目前已经达到了1.3：1。我们可以预期：由于传统材料资源的耗竭，随着镁合金生产技术的进步、如果政策得当，中国、乃至全球大规模研发和应用镁合金的时机即将到来。
与传统材料铝、钢和塑料的情况不同，镁产业在中国还不成熟，产业链尚不完整。镁合金除压力铸造技术比较成熟外，其它铸造工艺技术、理论和工艺研究仍十分薄弱，熟练的技术工人十分缺乏。必须加强铸造镁合金冶金缺陷倾向和规模化制品质量稳定性控制的金属学理论研究，建立良好的学术基础；发展高强高韧大型薄壁铸件的制造技术理论，稳步推动和扩大镁合金铸件的应用。
镁合金塑性加工性能差，成品率低，生产效率也低，而且变形镁合金很难进一步二次成型，二次加工成本高，推广应用困难。变形镁合金板材、型材和管材的合金开发和制造工艺研发是目前实现镁合金规模化应用的短板，需要重点投入资金和工程技术力量才能取得突破性的进展。
腐蚀和蠕变性能不足仍是限制镁合金使用的主要原因。因此一方面要研发稳定、可靠的腐蚀防护技术和耐热镁合金，另一方面也需要改变工程中零部件设计思路，扬长避短，合理的使用镁合金；用户分享技术进步成果将加速镁合金的产业化进程。
目前数据库不够完善，设计人员对镁合金的了解程度不足是另一个限制镁合金扩大应用的原因。为了推进我国镁合金产业化的进程，需要加强基础研究、合金设计、工艺研究以及服役性能考核等环节之间的相互沟通。
生物可降解镁合金是一个新的研究热点。当前，体内外降解行为研究，生物安全性研究、相关产品研发等方面的进展已为可降解镁合金的临床应用提供了可靠依据。中国在可降解镁合金的研究及相关产品研发方面已走在国际前列，还需大力研发自主知识产权的相关医疗器械产品，尽快抢占相关领域及市场的制高点。