近年來，對輕質材料的需求不斷增加。作為一種結構材料，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)，其中壓鑄技術是最成熟、應用最廣泛的技術。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，以滿足更多結構件的需求。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域！"

        中國工程院院士、國家鎂合金材料工程技術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。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)普通鋼結構，以提高比強度或降低材料密度；二是通過輕量化設計，開發(fā)全新的汽車架構，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：“中國不僅擁有頂級資源保障，還具備領先的技術支持?！?/span>

        潘復生進一步指出，汽車大型構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，每個國家的先進制造業(yè)都擁有一些獨特的技術特點，而輕量化可能是中國制造業(yè)未來最具特色的領域之一。從產(chǎn)業(yè)轉型升級的角度來看，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)的競爭力至關重要。

鎂基材料在能源轉型中極具潛力

        為了實現(xiàn)“雙碳”目標，能源轉型是至關重要的，它與節(jié)能減排同等重要。而在能源轉型中，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。

        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、藍氫向綠氫的轉變至關重要。與此同時，鎂儲氫技術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，一些關鍵技術問題正在被攻克，該領域已經(jīng)處于工程化的前沿。一旦儲氫技術突破并實現(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。一旦鎂領域的技術成熟，將會引領鎂產(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。”目前，中國已成為世界最大的生產(chǎn)、應用和研究大國，在鎂合金研究領域掌握重要話語權。

        作為鎂合金國際刊物主編和國際標準化組織“鎂合金技術委員會”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。