中國鋁業公司鎂合金的生產和研究
摘要：本文介紹了中國鋁業股份有限公司在鎂合金生產和研究上的進展，主要涉及鄭州輕金屬研究院、洛陽銅業有限公司和東北輕合金有限責任公司三家下屬單位。鄭州輕金屬研究院是中國最早進行鎂合金研究的單位之一，主要進行高性能鎂合金及其在航空航天中應用的研究，如超輕鎂鋰合金、高強耐熱鎂稀土合金、MB15（ZK61M）變形鎂合金以及無溶劑熔煉工藝。洛陽銅業有限公司是中國重要的鎂合金板帶材生產和研發的單位，主要產品為MB15（ZK61M）、MB8（ME20M）和MB2（AZ40M）中厚板和薄板，此外還開發了連續鑄軋工藝。東北輕合金有限責任公司則主要進行鎂合金擠壓和鍛造方面的生產和研究，同時進行少量熔鑄產品的生產。
引言
鎂合金具有很多優點，如高比強度和比剛度，尺寸穩定性好，導熱性好，良好的電磁屏蔽特性和抗振能力，容易回收等，正因為此，鎂合金被廣泛應用於航空航天、國防軍工、交通運輸和3C產品產業，是繼鋼鐵和鋁合金之後發展起來的第三類金屬結構材料[1-3]。此外，鎂具有高度超國家的可獲得性（地殼：2 wt.%或排第6位；海水：1.1 kg/m3或在溶解的礦物質中排第3位），隨著很多金屬礦產資源的日益枯竭，鎂以其資源豐富而日益受到重視[4]。
中國鋁業公司作為中國有色金屬生產和研發的重要單位，在鎂合金行業特別是鎂合金早期發展中擁有舉足輕重的地位。本文介紹了中國鋁業股份有限公司在鎂合金生產和研究上的進展，主要涉及鄭州輕金屬研究院、洛陽銅業有限公司和東北輕合金有限責任公司三家下屬單位。其中鄭州輕金屬研究院主要進行超輕Mg-Li合金、鎂稀土合金和鎂合金腐蝕與防護等方面研究，洛陽銅業主要進行鎂合金板材的生產，東北輕合金有限責任公司主要進行鎂合金管、棒、型材以及鎂合金鍛件的生產。
中國鋁業公司鎂合金的生產和研發
鄭州輕金屬研究院：鄭州輕金屬研究院是中國輕金屬領域唯一的大型科研院所，是中國鋁業的研發中心，為中國鋁鎂工業的快速發展做出巨大的貢獻。其研發的硅熱法煉鎂技術實現了全球範圍內電解鎂工藝向還原鎂工藝的過渡，確立了中國鎂業連續十多年領先於世界的地位。
鄭州輕金屬研究院是中國最早進行鎂合金研究的單位之一，主要進行高性能鎂合金及其在航空航天中應用的研究，如超輕Mg-Li合金、高強耐熱鎂稀土合金、MB15（ZK61M）變形鎂合金以及無溶劑熔煉工藝。
Mg-Li合金具有如下優勢：①超輕、高比強度、高比模量；②優異的剛性；③導電、導熱；④突出的減震性能；⑤優異的電磁屏蔽性能；⑥可焊接；⑦良好的機加工及冷成型性。鄭州輕金屬研究院主要研究其熔鑄、合金化、變形加工、熱處理、表面處理和安全防護，主要生產或研發的Mg-Li合金牌號有LA91、LA141、LZ91、MA21和MA18等，其密度在1.35～1.60之間，室溫抗拉強度多數在200MPa左右，具體性能如表1所示，其力學性能達到或者優於美國或前蘇聯生產的鎂鋰合金。
鄭州輕金屬研究院可生產高質量大尺寸規格鎂鋰合金鑄錠，鑄錠直徑達500mm，並對鑄錠進行了鍛造、擠壓和軋制等塑性加工，生產出鎂鋰合金鍛造板坯、棒材和板材，如圖1和圖2所示。開發了多種鎂鋰合金零部件，客戶包括多家軍工和民用客戶，廣泛應用於航空航天、交通運輸和3C產品，如表2所示。
直徑350mm的鎂鋰合金鑄錠
鄭州輕金屬研究院Mg-Li合金箔材
鄭州輕金屬研究院Mg-Li合金板材
此外，鄭州輕金屬研究院還主要進行了如下研究：
高強耐熱鎂稀土合金的研究，通過固溶強化、細晶強化和析出強化等手段，在2004年製備出抗拉強度大於400MPa的高強鎂合金。
MB15（ZK61M）等溫鍛造工藝，改善MB15（ZK61M）組織均勻性、挖掘其力學性能潛力，開發出高組織均勻性、高性能和低各向異性的MB15鍛造鎂合金。
無溶劑熔煉工藝，選用高純鎂合金原料，以及軍工級低鈉低鉀高純鋰錠，通過無熔劑真空熔鑄工藝生產的鎂合金，降低了鑄錠金屬雜質元素含量和減少非金屬夾雜數量，與普通熔煉工藝相比，具有塑性高，耐蝕性好等特點。
洛陽銅業有限公司：洛陽銅業有限公司是中國第一家生產鎂合金板帶的企業，是中國重要的鎂合金板帶材生產和研發的單位，1965年2月開始試生產鎂板，一直到上世紀末中國可生產鎂板的企業僅此一家，為中國國防和國民經濟發展做出突出的貢獻。主要設備：1600mm可逆熱軋機，800mm冷（溫）軋機，年產能500噸，累計產量10000噸。主要產品為AZ31、ZK60和ME20中厚板和薄板，如圖2所示，其可提供的熱軋產品如表3所示，冷軋產品如表4所示。
洛陽銅業有限公司生產的鎂合金厚板
洛陽銅業有限公司生產的鎂合金中板
洛陽銅業有限公司生產的鎂合金薄板
此外還開發了AZ31連續鑄軋工藝，使中國成為繼德國、澳大利亞之後第三個掌握該技術的國家，並對採用鑄軋坯和熱軋坯經冷（溫）軋制後的板材性能進行了深入研究，如表5所示，鑄軋坯生產的板材強度較高而塑性較低。
東北輕合金有限責任公司：東北輕合金有限責任公司是中國第一個生產變形鎂合金材的企業。1958年鑄出中國第一個合格的變形鎂合金鑄錠，開始鎂合金加工材的生產，主要進行鎂合金擠壓和鍛造方面的生產。近50年來為國防軍工部門提供了急需的各種鎂合金管、棒、型材，同時也生產了小規格的擠壓板、片、條材。此外，東北輕合金有限責任公司還進行少量鎂合金錠的生產和試製，最近在工業化條件下採用半連續鑄造方式成功製備出超高強韌Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金鑄錠，直徑達500mm，是國內外媒體公開報道的最大尺寸稀土鎂合金鑄錠。
軌道交通工具減重可帶來更高的性能,還可降低車輛運行的能源消耗，現在的鋁合金車體的大量採用已經達到了一個極限,輕質高強鎂合金在高速軌道車輛領域有著廣泛的應用前景。東北輕合金有限責任公司重點開發四種類型的交通用鎂合金：①低成本超高強防燃變形鎂合金；②低成本可高速成型高強韌變形鎂合金；③低成本高阻尼高強度鎂合金；④低成本高導熱易成形鎂合金。如其針對民用交通運輸工具，開發了不含稀土的低成本超高強防燃耐蝕鎂合金，其屈服強度可超過400MPa，與含大量昂貴稀土的超高強稀土鎂合金相當，在軌道交通工具上有廣泛的應用前景，如表7所示。
結論
中國鋁業股份有限公司在鎂合金生產和研究上涉及三家下屬單位。其中，鄭州輕金屬研究院主要進行高性能鎂合金及其在航空航天中應用的研究，如超輕鎂鋰合金、高強耐熱鎂稀土合金、MB15（ZK61M）變形鎂合金以及無溶劑熔煉工藝。洛陽銅業有限公司是中國重要的鎂合金板帶材生產和研發的單位，主要產品為MB15（ZK61M）、MB8（ME20M）和MB2（AZ40M）中厚板和薄板，此外還開發了連續鑄軋工藝。東北輕合金有限責任公司則主要進行鎂合金型材的擠壓及鎂合金鍛件的生產。
致謝
作者非常感謝洛陽銅業有限公司和東北輕合金有限責任公司的同行專家提供大量的素材和數據。
參考文獻：
[1] I.J. Polmear, Magnesium alloys and applications, Mater. Sci. Technol., 1994,10(1): 1-16.
[2]Trevor B Abbott, Magnesium: industrial and research developments over the last15 years, Corrosion, 2014, 71(2): 120-127.
[3]Michael M Avedesian, Hugh Baker, ASM specialty handbook: magnesium andmagnesium alloys, ASM international Materials Park, OH1999.
[4]Robert W Cahn, Peter Haasen, Edward J Kramer, Materials Science and Technology:a Comprehensive Treatment. Vol. 8. Structure and Properties of NonferrousAlloys, VCH Verlagsgesellschaft mbH, P. O. Box 10 11 61, Weinheim, D-69451,Germany, 1996.
(作者：鄭州輕金屬研究院肖陽 博士、紀大偉）
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