近年來，對輕質(zhì)材料的需求不斷增加。作為一種結(jié)構(gòu)材料，鎂合金因其獨特的特點被廣泛應用于汽車、電子、通訊等行業(yè)，被譽為"21世紀的綠色工程材料"。鎂合金具有比重輕、比強度和比剛度高、導熱和導電性好、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。

        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。鑄造鎂合金通過砂型鑄造、永久型鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造、壓鑄等方法進行生產(chǎn)，其中壓鑄技術(shù)是最成熟、應用最廣泛的技術(shù)。而變形鎂合金則通過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。通過控制材料組織和應用熱處理工藝，可以獲得更高的強度、更好的延展性和力學性能，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’目標的大背景下，鎂產(chǎn)業(yè)面臨絕佳的發(fā)展機遇。期盼通過我們共同的努力，讓鎂產(chǎn)品走向更廣闊的應用領(lǐng)域！"

        中國工程院院士、國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心名譽主任潘復生在接受本刊記者采訪時，談到了對鎂在輕量化、儲能等領(lǐng)域的應用的樂觀態(tài)度。他認為，鎂材料具有巨大的應用潛力，并且對于解決世界面臨的三大難題——資源危機、環(huán)境污染和能源危機，具有重要的意義。他甚至表示，金屬鎂很有可能成為未來一個時代最重要的，甚至是標志性的材料之一。

        鎂基材料在節(jié)能減排中大有可為

        "雙碳"目標是黨中央根據(jù)推動構(gòu)建人類命運共同體的國際責任和推動我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的深思熟慮而做出的重大戰(zhàn)略決策。潘復生指出，節(jié)能減排和能源轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)國家能源安全和實現(xiàn)"雙碳"目標的最重要途徑，鎂行業(yè)有機會在這兩個方面拓展具有顛覆性的道路。

        潘復生指出，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)達到了極限。未來實現(xiàn)節(jié)能減排最有效的途徑之一是通過輕量化實現(xiàn)，而這與鎂產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)。他以汽車輕量化為例進行了分析。

        要實現(xiàn)汽車輕量化，主要有兩條途徑：一是使用輕量化材料，例如高強度鋼、鋁合金、鎂合金和碳纖維復合材料，來替代傳統(tǒng)普通鋼結(jié)構(gòu)，以提高比強度或降低材料密度；二是通過輕量化設(shè)計，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實現(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)在推動汽車輕量化方面具有巨大的潛力。

鎂在汽車上的應用

        “鎂合金是目前最有效也是最環(huán)保的輕量化材料?！迸藦蜕榻B，首先，鎂有非常好的性能潛力，其比強度高于鋼鐵、鋁合金、鈦合金，是很好的節(jié)能減排材料和綠色材料；其次，中國鎂礦資源非常豐富，占世界鎂礦資源的70%以上，儲量產(chǎn)量均居世界第一；再次，當前解決鎂合金性能缺點方面已有重要突破，鎂合金比強度大幅度提升，壓鑄件成本跟鋁合金接近，未來有可能比鋁合金低?！爸袊扔凶詈玫馁Y源保障，也有最好的技術(shù)保障?！迸藦蜕f。

據(jù)潘復生指出，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，比強度超過了鋼鐵、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，中國擁有豐富的鎂礦資源，占據(jù)全球70%以上的鎂礦資源，儲量和產(chǎn)量均居世界第一。此外，針對鎂合金性能缺陷問題，已經(jīng)取得了重要突破，使得鎂合金的比強度大幅提升，同時壓鑄件的成本接近甚至可能低于鋁合金。潘復生強調(diào)：“中國不僅擁有頂級資源保障，還具備領(lǐng)先的技術(shù)支持?！?/span>

        潘復生進一步指出，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，而應用鎂合金則可以實現(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噸壓鑄機是目前世界上投入運行的最大壓鑄機，其噸位遠超特斯拉使用的壓鑄機，對于汽車的一體化制造具有重要意義。重慶大學和美利信公司已經(jīng)開始合作試生產(chǎn)，這對汽車行業(yè)的輕量化將產(chǎn)生重要的影響。

        潘復生強調(diào)，每個國家的先進制造業(yè)都擁有一些獨特的技術(shù)特點，而輕量化可能是中國制造業(yè)未來最具特色的領(lǐng)域之一。從產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的角度來看，作為最有潛力的輕量化材料之一，鎂對于提升中國制造業(yè)的競爭力至關(guān)重要。

鎂基材料在能源轉(zhuǎn)型中極具潛力

        為了實現(xiàn)“雙碳”目標，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)模應用可再生能源是主要的方式。然而，由于風電、光電等可再生能源的不穩(wěn)定性，無法實現(xiàn)大規(guī)模并網(wǎng)，這導致裝機容量大幅增加的同時，使用效率卻下降，低谷期電力浪費現(xiàn)象非常嚴重。因此，我們迫切需要選擇一種低成本、安全可靠的儲能技術(shù)。

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

        在能源轉(zhuǎn)型中，氫能源被廣泛認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础Ｈ欢?，目前氫能發(fā)展面臨一個剛性瓶頸，那就是氫氣的儲存和運輸問題。氫氣難以在常溫常壓下進行儲存，目前主要使用高壓氣瓶或低溫液態(tài)來實現(xiàn)儲存，但都存在安全隱患。

        針對這個問題，潘復生指出鎂是所有固態(tài)儲氫材料中儲氫密度最高的金屬材料，其儲氫密度達到氣態(tài)氫的1000倍，液態(tài)氫的1.5倍。此外，鎂儲氫還可以純化氫氣，經(jīng)過提純后其純度可達到99.9999%，這對于實現(xiàn)灰氫、藍氫向綠氫的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。與此同時，鎂儲氫技術(shù)是在常溫常壓條件下進行的，它大幅降低了成本，并且具有比高壓氣態(tài)和液態(tài)儲氫更高的安全性。

        潘復生表示，近年來鎂基儲氫的研究論文數(shù)量顯著增加，一些關(guān)鍵技術(shù)問題正在被攻克，該領(lǐng)域已經(jīng)處于工程化的前沿。一旦儲氫技術(shù)突破并實現(xiàn)大規(guī)模應用，將從根本上改變傳統(tǒng)儲能問題，對能源轉(zhuǎn)型、特別是氫能戰(zhàn)略的實施具有重要意義。

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

        潘復生表示，相對而言，鎂離子電池的發(fā)展時間較短。他們在鎂產(chǎn)業(yè)化方面進行了大量的前期工作，包括負極材料、電解液、正極材料等多個領(lǐng)域的研究。尤其是在正極材料方面，他們已經(jīng)實現(xiàn)了燃料密度超過每公斤500萬千瓦時的水平，而成本僅為目前磷酸鐵鋰的一半左右。在2022年，他們的團隊成功研發(fā)了一種低成本、高電壓、長壽命的鎂電池正極材料，循環(huán)壽命可以達到1萬次。接下來，他們計劃在鎂基材料加氫站、運氫車、純化儲氫一體化、分布式儲能和動力電池等五個方面展開示范研究。

        在潘復生看來，鎂合金作為一種綠色金屬材料，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。鎂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，將會引領(lǐng)鎂產(chǎn)業(yè)從目前的百億級市場直接升級為萬億級市場。

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

        作為鎂合金國際刊物主編和國際標準化組織“鎂合金技術(shù)委員會”主席，潘復生早在2007年就牽頭組建了重慶大學國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心，并組建了一支在國際上具有重要影響力的科研團隊。在他的領(lǐng)導下，該中心已成為全球最大的鎂合金研究中心，在推動我國鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面扮演著至關(guān)重要的角色。潘復生希望更多的人加入這個團隊，共同努力實現(xiàn)“鎂”夢。