鲁达 作者简介：
付耀耀，博士，中国科学院宁波材料所智库中心主管，江厦智库《中国新基建与5G智慧城市》课题组专家。
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镁合金材料及其航天电子产品应用
（一）纯镁及其应用
纯镁化学性质活泼，具有一定的耐腐蚀能力。纯镁为密排六方结构，变形困难。20℃时密度为1.74g/cm3，是铝的2/3倍，是结构材料中最轻的金属。熔点650℃，与铝的熔点650℃相当。沸点1090℃，蒸气压很高，727℃时为1.04kPa，熔化时易燃烧。目前，发达国家镁产量的49.8%应用于铝合金化，17%用于制备压铸镁合金，14.8%用于钢铁冶金过程脱硫，5.6%用于球墨铸铁球化剂，6.3%用于电子和化工，1.8%用于制造变形镁合金，1.3%用于还原金属，0.6%用于普通铸造，2%用于其他用途。由此可见，应用于制造镁合金仅占总产量的20.2%，开发新型镁合金具有极大的潜力。
（二）镁合金用于结构材料的优势
高集成、低质量、多功能、高速率的信息生成、传载和显像设备要求新材料必须在物理性质上具备良好的减振、散热和抗电磁干扰性能；机械性能上具备高的比刚度和比强度；视、感觉上具备美观和触感好；生态方面具备节能和可再生。飞行器质量每降低1g，发射燃料可以节约4kg；航空发动机本身质量降低40%，比功率可以提高约30%[9]。与其它合金相比，镁合金的最大优点是质量轻，其密度约为铝合金的64%，钢的23%Mg的弹性模量比Al低，在作受力零件时必须用加强筋或适当增加零件断面厚度，尽管如此零件的重量仍可减轻20%左右。镁合金的特点是具有良好的机械加工性能，其切削速度大大高于其它金属，而且另一个突出的特点是不需要磨削和抛光，不使用切削液即可得到光洁的表面。镁合金的其它性能包括：阻尼性、尺寸稳定性、抗冲击和抗压缩能力以及具有高的导热率、无毒性、无磁性、不易破碎等优点。然而，通过结构优化设计而降低发动机质量的空间已经很小，研发高比强度新材料成为唯一可行的途径。结构材料中最轻的镁合金具有友好的生物兼容性、最高的比强度和比刚度、优良的工艺性能、较好的耐腐蚀性能、良好的导热和减振及电磁屏蔽性，被认为是制备电器产品壳体和架体、运输工具和航天飞行器零部件最具有前途的材料。我国镁资源丰富，价格与铝相当，这对于发展我国航空航天大支柱产业，开发新型镁合金提供了必要的资源保证。
（三）超高强度镁合金及其应用
由于镁合金品种少、强度低和塑性差，因此，综合开发镁及镁合金已成为国际共识，并确立了7个主要研发方向：降低生产成本、研究和开发产品的制备工艺、防腐与表面处理、提高合金室温和高温机械性能、新材料开发、进一步开发航空航天领域的应用、快速凝固与后续加工。快速凝固之所以被作为其中重要的研究方向，是由于利用快速凝固可以研究凝固过程的基本原理，制备超高性能非平衡材料。通常情况下，快速凝固制备的镁合金强度＞500MPa，比强度＞250MPa（g*cm3），因此被称为超高强度镁合金。近年来，快速凝固应用于镁合金方面取得可喜成绩，超高强度镁合金抗拉强度已经达到了935MPa，比强度达到了480MPa（g*cm3），远远高于超高强度钛合金（抗拉强度1167MPa，比强度260MPa（g*cm3））。研究发现镁合金中加入Y和重稀土合金元素可以获得300℃以下稳定存在的亚稳相。该类合金在保证了工艺性能不变条件下，通过亚稳相强化后具有优异的室温、高温性能和耐腐蚀性能。
目前，镁合金快速凝固的研究工作主要集中在几个发达国家，研究和制备的材料应用目标明确，即航天器和飞行器。美国军方、飞机和发动机制造商联合研究结果表明，镁合金除了通常提到的优点外，还有一定的耐高温能力、可以与液体燃料接触、可以防止高空臭氧腐蚀和空间射线辐射、可以防止短电磁波、高能粒子和流星体的轰击，由其制备的零部件因质量降低可带来巨大的经济效益。为此，美国、以色列和欧共体投入巨资，研究和开发超高强度镁合金以及其在航空航天领域的应用，其原因不仅是因为超高强度镁合金可以降低飞行器的质量，更重要的是可以改善飞行器的飞行姿态。
目前，公开应用于航空和航天飞行器的镁合金材料包括：AZ91E、QE22、ZE41、EQ21、EZ33和WE43。其典型应用包括用ZE41制备的BR710发动机箱体部件（零件尺寸为1400mm×500mm×700mm，质量34kg）、Tiger直升机主驱动箱体（尺寸为600mm×500mm×800mm，质量57kg）和尾导航系统箱体、T117燃汽涡轮发动机驱动系统零件（尺寸为φ350mm×4000mm）；用QE22制备的Eurofighter尾导航铸件（尺寸为φ450mm×350mm）；用ZE41制备的发动机箱体部件（零件尺寸为400mm×320mm×650mm，质量34kg）等，据报道，如今超高强度镁合金已经被美国和以色列应用于飞行器推进器冷室的多种关键零部件上，超高强度镁合金的零部件通过压力成形和机械连接制成。但是，所有用超高强度镁合金生产的航天航空和飞行器的零部件的制造工艺全部属于高度保密状态。超高强度镁合金在我国的研究工作刚刚起步，为了发展我国航空航天技术，特别是载人飞行器和空间实验室，研究和开发超高强度镁合金具有重要的现实意义。
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