近年來(lái)，對(duì)輕質(zhì)材料的需求不斷增加。作為一種結(jié)構(gòu)材料，鎂合金因其獨(dú)特的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于汽車、電子、通訊等行業(yè)，被譽(yù)為"21世紀(jì)的綠色工程材料"。鎂合金具有比重輕、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好、切削加工性好、優(yōu)良的阻尼性和電磁屏蔽性、易于加工成形和回收等優(yōu)點(diǎn)。

        根據(jù)成形工藝的不同，鎂合金材料主要分為兩大類：鑄造鎂合金和變形鎂合金。鑄造鎂合金通過(guò)砂型鑄造、永久型鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造、壓鑄等方法進(jìn)行生產(chǎn)，其中壓鑄技術(shù)是最成熟、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。而變形鎂合金則通過(guò)變形加工得到各種尺寸的板材、棒材、管材、型材和鍛件產(chǎn)品。通過(guò)控制材料組織和應(yīng)用熱處理工藝，可以獲得更高的強(qiáng)度、更好的延展性和力學(xué)性能，以滿足更多結(jié)構(gòu)件的需求。此外，鎂合金的半固態(tài)成形作為一種新型鑄造技術(shù)也得到了廣泛的研究和應(yīng)用。

        "30年前，我們開始將鎂合金汽車零部件納入工作范疇，并立志讓家家戶戶享受到鎂材料的好處。經(jīng)過(guò)5年，已有50%～60%的汽車開始采用鎂制零部件。如今，在‘雙碳’目標(biāo)的大背景下，鎂產(chǎn)業(yè)面臨絕佳的發(fā)展機(jī)遇。期盼通過(guò)我們共同的努力，讓鎂產(chǎn)品走向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域！"

        中國(guó)工程院院士、國(guó)家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心名譽(yù)主任潘復(fù)生在接受本刊記者采訪時(shí)，談到了對(duì)鎂在輕量化、儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用的樂觀態(tài)度。他認(rèn)為，鎂材料具有巨大的應(yīng)用潛力，并且對(duì)于解決世界面臨的三大難題——資源危機(jī)、環(huán)境污染和能源危機(jī)，具有重要的意義。他甚至表示，金屬鎂很有可能成為未來(lái)一個(gè)時(shí)代最重要的，甚至是標(biāo)志性的材料之一。

        鎂基材料在節(jié)能減排中大有可為

        "雙碳"目標(biāo)是黨中央根據(jù)推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的國(guó)際責(zé)任和推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的深思熟慮而做出的重大戰(zhàn)略決策。潘復(fù)生指出，節(jié)能減排和能源轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源安全和實(shí)現(xiàn)"雙碳"目標(biāo)的最重要途徑，鎂行業(yè)有機(jī)會(huì)在這兩個(gè)方面拓展具有顛覆性的道路。

        潘復(fù)生指出，在節(jié)能減排方面，傳統(tǒng)工業(yè)已經(jīng)做出了許多努力，大多數(shù)已經(jīng)達(dá)到了極限。未來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排最有效的途徑之一是通過(guò)輕量化實(shí)現(xiàn)，而這與鎂產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)。他以汽車輕量化為例進(jìn)行了分析。

        要實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，主要有兩條途徑：一是使用輕量化材料，例如高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金和碳纖維復(fù)合材料，來(lái)替代傳統(tǒng)普通鋼結(jié)構(gòu)，以提高比強(qiáng)度或降低材料密度；二是通過(guò)輕量化設(shè)計(jì)，開發(fā)全新的汽車架構(gòu)，甚至優(yōu)化車身零部件數(shù)量和縮小零部件尺寸等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化。

        其中，鎂合金作為一種輕量化材料具有重要的作用。鎂合金具有較低的密度和良好的機(jī)械性能，可以顯著降低汽車自重，提高燃油效率，減少尾氣排放。因此，鎂行業(yè)在推動(dòng)汽車輕量化方面具有巨大的潛力。

鎂在汽車上的應(yīng)用

        “鎂合金是目前最有效也是最環(huán)保的輕量化材料?！迸藦?fù)生介紹，首先，鎂有非常好的性能潛力，其比強(qiáng)度高于鋼鐵、鋁合金、鈦合金，是很好的節(jié)能減排材料和綠色材料；其次，中國(guó)鎂礦資源非常豐富，占世界鎂礦資源的70%以上，儲(chǔ)量產(chǎn)量均居世界第一；再次，當(dāng)前解決鎂合金性能缺點(diǎn)方面已有重要突破，鎂合金比強(qiáng)度大幅度提升，壓鑄件成本跟鋁合金接近，未來(lái)有可能比鋁合金低。“中國(guó)既有最好的資源保障，也有最好的技術(shù)保障。”潘復(fù)生說(shuō)。

據(jù)潘復(fù)生指出，鎂合金是目前效率最高、環(huán)保性最佳的輕量化材料。首先，鎂合金具備卓越的性能潛力，比強(qiáng)度超過(guò)了鋼鐵、鋁合金和鈦合金，因此成為一種出色的節(jié)能減排和綠色環(huán)保材料。其次，中國(guó)擁有豐富的鎂礦資源，占據(jù)全球70%以上的鎂礦資源，儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居世界第一。此外，針對(duì)鎂合金性能缺陷問(wèn)題，已經(jīng)取得了重要突破，使得鎂合金的比強(qiáng)度大幅提升，同時(shí)壓鑄件的成本接近甚至可能低于鋁合金。潘復(fù)生強(qiáng)調(diào)：“中國(guó)不僅擁有頂級(jí)資源保障，還具備領(lǐng)先的技術(shù)支持?！?/span>

        潘復(fù)生進(jìn)一步指出，汽車大型構(gòu)件的一體化制造是全球汽車工業(yè)的重要發(fā)展方向，而應(yīng)用鎂合金則可以實(shí)現(xiàn)10%～20%的減重和10%以上的能耗降低。值得一提的是，重慶美利信科技股份有限公司的8800噸壓鑄機(jī)是目前世界上投入運(yùn)行的最大壓鑄機(jī)，其噸位遠(yuǎn)超特斯拉使用的壓鑄機(jī)，對(duì)于汽車的一體化制造具有重要意義。重慶大學(xué)和美利信公司已經(jīng)開始合作試生產(chǎn)，這對(duì)汽車行業(yè)的輕量化將產(chǎn)生重要的影響。

        潘復(fù)生強(qiáng)調(diào)，每個(gè)國(guó)家的先進(jìn)制造業(yè)都擁有一些獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，而輕量化可能是中國(guó)制造業(yè)未來(lái)最具特色的領(lǐng)域之一。從產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的角度來(lái)看，作為最有潛力的輕量化材料之一，鎂對(duì)于提升中國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。

鎂基材料在能源轉(zhuǎn)型中極具潛力

        為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，能源轉(zhuǎn)型是至關(guān)重要的，它與節(jié)能減排同等重要。而在能源轉(zhuǎn)型中，大規(guī)模應(yīng)用可再生能源是主要的方式。然而，由于風(fēng)電、光電等可再生能源的不穩(wěn)定性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并網(wǎng)，這導(dǎo)致裝機(jī)容量大幅增加的同時(shí)，使用效率卻下降，低谷期電力浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重。因此，我們迫切需要選擇一種低成本、安全可靠的儲(chǔ)能技術(shù)。

        潘復(fù)生提出了一種解決方案，他認(rèn)為相較于鋰，鎂基儲(chǔ)能材料具有許多優(yōu)勢(shì)，包括資源儲(chǔ)量豐富、成本低和高安全性能，因此具有極大的潛力成為新一代儲(chǔ)能材料。他表示：“鎂不僅是高效、安全的儲(chǔ)氫材料，還是環(huán)保高密度的安全電池材料?！?/span>

        在能源轉(zhuǎn)型中，氫能源被廣泛認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础Ｈ欢?，目前氫能發(fā)展面臨一個(gè)剛性瓶頸，那就是氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題。氫氣難以在常溫常壓下進(jìn)行儲(chǔ)存，目前主要使用高壓氣瓶或低溫液態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存，但都存在安全隱患。

        針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，潘復(fù)生指出鎂是所有固態(tài)儲(chǔ)氫材料中儲(chǔ)氫密度最高的金屬材料，其儲(chǔ)氫密度達(dá)到氣態(tài)氫的1000倍，液態(tài)氫的1.5倍。此外，鎂儲(chǔ)氫還可以純化氫氣，經(jīng)過(guò)提純后其純度可達(dá)到99.9999%，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)灰氫、藍(lán)氫向綠氫的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。與此同時(shí)，鎂儲(chǔ)氫技術(shù)是在常溫常壓條件下進(jìn)行的，它大幅降低了成本，并且具有比高壓氣態(tài)和液態(tài)儲(chǔ)氫更高的安全性。

        潘復(fù)生表示，近年來(lái)鎂基儲(chǔ)氫的研究論文數(shù)量顯著增加，一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題正在被攻克，該領(lǐng)域已經(jīng)處于工程化的前沿。一旦儲(chǔ)氫技術(shù)突破并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，將從根本上改變傳統(tǒng)儲(chǔ)能問(wèn)題，對(duì)能源轉(zhuǎn)型、特別是氫能戰(zhàn)略的實(shí)施具有重要意義。

        目前，鋰電池是最廣泛應(yīng)用的電池類型，但它存在資源短缺和安全性差等問(wèn)題。相比之下，鎂電池具有低成本、高安全性以及與鋰電池相當(dāng)?shù)娜剂厦芏?，因此，業(yè)界認(rèn)為鎂電池有可能成為電池領(lǐng)域的顛覆者。舉例來(lái)說(shuō)，作為負(fù)極材料，鎂電池相比商用鋰電池的負(fù)極材料具有6倍的容量。

        潘復(fù)生表示，相對(duì)而言，鎂離子電池的發(fā)展時(shí)間較短。他們?cè)阪V產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)行了大量的前期工作，包括負(fù)極材料、電解液、正極材料等多個(gè)領(lǐng)域的研究。尤其是在正極材料方面，他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了燃料密度超過(guò)每公斤500萬(wàn)千瓦時(shí)的水平，而成本僅為目前磷酸鐵鋰的一半左右。在2022年，他們的團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了一種低成本、高電壓、長(zhǎng)壽命的鎂電池正極材料，循環(huán)壽命可以達(dá)到1萬(wàn)次。接下來(lái)，他們計(jì)劃在鎂基材料加氫站、運(yùn)氫車、純化儲(chǔ)氫一體化、分布式儲(chǔ)能和動(dòng)力電池等五個(gè)方面展開示范研究。

        在潘復(fù)生看來(lái)，鎂合金作為一種綠色金屬材料，具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑｆV的成本僅為鋰的二十五分之一左右，有望替代目前廣泛使用的鋰電池。一旦鎂領(lǐng)域的技術(shù)成熟，將會(huì)引領(lǐng)鎂產(chǎn)業(yè)從目前的百億級(jí)市場(chǎng)直接升級(jí)為萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)。

        在采訪中，潘復(fù)生還提到了近年來(lái)鎂在建筑模板、家具、土壤修復(fù)、生物材料等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。由于鎂及鎂合金材料具有顯著優(yōu)勢(shì)和廣泛應(yīng)用前景，我國(guó)高度重視鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃和規(guī)劃中多次加快鎂合金產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。全球鎂及鎂合金研究也經(jīng)歷了爆發(fā)式增長(zhǎng)，潘復(fù)生表示：“國(guó)際鎂協(xié)每個(gè)月都希望與我們交流，歐盟也希望中國(guó)保證鎂產(chǎn)品供應(yīng)。世界鎂行業(yè)發(fā)展離不開中國(guó)?！蹦壳?，中國(guó)已成為世界最大的生產(chǎn)、應(yīng)用和研究大國(guó)，在鎂合金研究領(lǐng)域掌握重要話語(yǔ)權(quán)。

        作為鎂合金國(guó)際刊物主編和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織“鎂合金技術(shù)委員會(huì)”主席，潘復(fù)生早在2007年就牽頭組建了重慶大學(xué)國(guó)家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心，并組建了一支在國(guó)際上具有重要影響力的科研團(tuán)隊(duì)。在他的領(lǐng)導(dǎo)下，該中心已成為全球最大的鎂合金研究中心，在推動(dòng)我國(guó)鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面扮演著至關(guān)重要的角色。潘復(fù)生希望更多的人加入這個(gè)團(tuán)隊(duì)，共同努力實(shí)現(xiàn)“鎂”夢(mèng)。