镁及镁合金的应用

花和尚

1、镁的应用
⑴生产难熔金属的还原剂
镁既可作为生产稀有金属Ti、Zr、Hf等的还原剂，也可作为生产铍、硼的还原剂。
BeF2＋Mg＝Be＋MgF2
B2O3＋3Mg＝2B＋3MgO
⑵铝合金的添加元素
铝合金中加入金属镁，使合金更轻，强度更大，抗腐蚀能力更好。作为铝合金中的主要合金元素是镁的一大用途。
⑶球墨铸铁的球化剂
镁在球墨铸铁中起着球化作用，使铸件强度、延展性更高。镁在球墨铸铁中的应用在逐年增大。
⑷钢铁脱硫的脱硫剂
整个北美、欧洲钢铁生产中用镁粉作为钢铁脱硫剂。我国用镁作为钢铁脱硫剂的用量也在不断增长，市场前景广阔。用镁粉作为钢铁脱硫剂不仅工艺简单，而且由于镁具有对硫的亲和力好这种独特性质，使钢铁市场在较低的成本下达到高产量、高质量，并能生产出如HSLA级低硫钢，这种优质钢可用于汽车、设备及结构体中。用镁脱硫不仅改善了钢的可铸性、延展性、焊接性和冲击韧性，而且降低了结构件的重量，这就进一步增加了镁在钢铁工业中的需求量。
⑸高储能材料
镁在常压下，大约250℃和H2作用生成MgH2，在低压或稍高温度下又能释放出氢，镁具有储氢的作用。MgH2较一般金属氢化物储能高，所以镁可以作为高储能材料。
⑹烟火
镁在早期用来制造烟火，含铝量超过30％的镁铝合金粉末燃烧时会产生耀眼的白光，该白光比自然光更适合摄影，从而被用作摄影闪光灯，镁粉还广泛用于焰火、礼花、军用信号弹、照明弹、燃烧弹等方面。
2、镁合金的应用
⑴镁合金在运输系统中的应用
①航空应用：从20世纪20年代开始，镁合金就在航空航天领域得到应用。由于镁合金可大大改善飞行器的气体动力学性能并能明显减轻其结构重量，许多部件用其制作。一般航空用镁合金主要是板材和挤压型材，少部分是铸件。
以稀土元素为主要合金元素的铸造镁合金，可在200～300℃高温下长时间使用，非常适合航空应用。我国已开发出ZM3、ZM4、ZM6、ZM9系列稀土镁合金，可用于航空航天领域。目前镁合金在航空的应用领域包括各种民用、军用飞机的发动机零部件、螺旋桨、齿轮箱、支架结构及火箭、导弹和卫星的一些零部件等。随着镁合金生产技术的发展，性能会不断提高，应用范围也会不断扩大。
②汽车应用：镁合金在汽车上最早的应用始于20世纪30年代。用镁合金制造汽车零部件，可以显著减轻车重，降低油耗，减少尾气排放量，提高零部件的集成度，提高汽车设计的灵活性等。现在，全球大气污染的范围越来越广，汽车尾气排放量占了大气污染的65％。随着能源紧缺、环境污染问题日益突出，全世界的汽车制造厂正面临降低尾气排放量和节约能源的压力。通常汽车自重每减轻10％，燃油效率可提高5.5％，废气排放量相应减少。要使汽车轻量化，有两条途径，一是优化结构设计；二是选用轻量化的材料。铝合金、塑料（树脂基复合材料）、镁合金是目前认为较为理想的三类材料。镁合金压铸件在所有压铸合金中最轻，是极具竞争力的汽车轻量化材料，在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视，大量的镁合金零部件被生产出来，以代替塑料、铝合金，甚至钢制零件。
目前国外一些名牌轿车都积极使用镁合金，有些外观覆盖件也采用了镁合金，奔驰CLK是世界上第一辆装有镁合金车门的汽车。
③摩托车和自行车应用：我国是摩托车生产、消费和出口大国，随着城市环保法规的日益严格，改变常规燃油摩托车技术含量低下、结构材料笨重、排放严重超标、驾乘安全性差等状况成了必然趋势。重庆大学、重庆镁业、隆鑫集团公司合作生产了隆鑫LX150摩托车的曲轴箱等近10个镁合金压铸件，并用试生产的镁合金压铸件和挤压铸造轮毂组装了一台LX150镁合金绿色概念车，整车质量比铝合金压铸件减轻6kg。
自行车是镁合金全新的应用领域，主要用作自行车车架。镁合金的优势在于其不但轻便、快速、舒适，而且可以使管径变小、管壁变薄、车架更强固。用镁合金制造的折叠式自行车车架质量仅1.4kg，整车质量仅4kg。
④轮椅应用：康复设施的代表性器械之一是轮椅，市售的轮椅按质量可分为标准型和轻量型（铝合金或钛合金）三种，所用的材料分别为钢管、铝管和钛管。选用AZ31镁合金制作轮椅架或除车轮外其余部件基本上都用镁合金制造，轮椅可减重15％左右，既轻巧又灵活。
⑤船舶应用：镁合金在造船工业和海洋工程中主要用于航海仪器、水中兵器、海水电池、潜水服、牺牲阳极、定时装置等。最普遍应用的是Mg-Al-Zn系合金。
⑵镁合金在通讯电子业的应用
电子信息行业由于数字化技术的发展，市场对电子及通讯产品的高度集成化、轻薄化、微型化和符合环保要求越来越高。工程塑料曾作为主要材料，但其强度终究无法与金属相比。镁合金具有优异的薄壁铸造性能，其压铸件的壁厚可达0.6～1.0mm，并保持一定的强度、刚度和抗撞能力，这非常有利于产品超薄、超轻和微型化的要求，这是工程塑料，甚至铝合金无法达到的。在超薄、微型、抗摔撞的要求之下，加上电磁屏蔽能力强、散热性好和环保方面的考虑，超薄、超轻、微型成了厂家的最佳选择。另外，镁合金外壳可使产品更豪华、美观，这也是工程塑料所无法比拟的。在电子信息和仪器仪表行业的镁合金制品的单位质量和尺寸不如汽车零部件，但它的数量大、覆盖面大，其用量也是巨大的。
目前用镁合金制作零部件的电器产品有照相机、摄影机、数码相机、笔记本电脑、移动电话、电视机、等离子显示器、硬盘驱动器等。笔记本电脑使用镁合金作为机壳几乎是基于镁合金的全部优点，防震性能提高了电脑部件的可靠运行；抗电磁波干扰和电磁屏蔽性能保证了电脑的信息安全；优良的热传导性，大大地改善了电脑的散热问题。而移动电话则是利用了镁合金防震、抗磨损及可屏蔽电磁波的特殊功能，又能满足轻、薄、短、小的要求。
⑶镁合金在国防工业中的应用
镁及其合金由于质量轻而被广泛地应用于国防、航空航天产品中。兵器质量是一项重要的战绩指标，减轻兵器质量对提高兵器机动性及战场生存能力有重要意义。采用轻金属是兵器装备轻量化的主要手段之一。
AMX-30坦克为法国装甲部队的主要设备之一，是二次世界大战后法国生产数量最多的坦克，AMX-30坦克的CN105F1型105mm线膛炮的身管热护套采用了镁合金；英国的大口径120mmBATL6 Wombat无后座力反坦克炮采用了镁合金，大大减轻了质量，加上所配的M80.5in步枪，总重才308kg。美军装备的M274A1型军用吉普车采用了镁合金车身及轿壳，大大减轻了质量，具有良好的机动性及越野性能。有的改型还装上无后座力炮，成了最袖珍的自行火炮。法国MK50式反坦克枪榴弹部分零件应用了镁合金材料，其全弹质量仅800g。俄罗斯生产的POSP6X12枪用变焦距观测镜采用镁合金壳体，该种观测镜可装在多种枪上。Hunter Fire arm 1nc.用镁合金制造了M39M1手枪的枪机零件。美国制造的一种Racegun（强装药，运用了先进技术的战斗用手枪），其扳机等零件采用镁、钛合金，质量减轻45％，击发时间减少了66％。欧美一些国家已将镁合金用于便携式火器支架，单兵用通讯器材壳体，德国、以色利采用镁合金制造了枪托。

镁合金在兵器上除上述应用外，还可用作坦克装甲车辆、防空反导系统、战术导弹、光电器械、引信及通信器材等。
未来战争要求机动性和快速反应，减轻武器装备质量是未来武器装备发展方向之一，随着镁合金研究的深入及材料性能的提高，镁合金在兵器中的应用会越来越多。
⑷镁合金用作牺牲阳极
镁合金牺牲阳极作为有效防止金属腐蚀的方法之一，广泛应用于延长家庭或工业热水器、地下铁制管道、电缆、塔基、石油储罐、海水蒸馏器、轮船壳体和海洋环境中的钢桩等的寿命。目前，作为牺牲阳极的镁合金以每年20％的速度增长。
⑸其他方面
镁及镁合金还被用于电力工业、家庭消费品、家具、办公室设备、光学设备、运动器械、车床设备等领域。如手提箱、打字机框架、铅笔刀、印刷机部件、双筒望远镜、乒乓球拍等。