镁基材：实现轻量化的明星金属之一

        近年来，对轻质材料的需求不断增加。作为一种结构材料，镁合金因其独特的特点被广泛应用于汽车、电子、通讯等行业，被誉为"21世纪的绿色工程材料"。镁合金具有比重轻、比强度和比刚度高、导热和导电性好、切削加工性好、优良的阻尼性和电磁屏蔽性、易于加工成形和回收等优点。

        根据成形工艺的不同，镁合金材料主要分为两大类：铸造镁合金和变形镁合金。铸造镁合金通过砂型铸造、永久型铸造、熔模铸造、消失模铸造、压铸等方法进行生产，其中压铸技术是最成熟、应用最广泛的技术。而变形镁合金则通过变形加工得到各种尺寸的板材、棒材、管材、型材和锻件产品。通过控制材料组织和应用热处理工艺，可以获得更高的强度、更好的延展性和力学性能，以满足更多结构件的需求。此外，镁合金的半固态成形作为一种新型铸造技术也得到了广泛的研究和应用。

        "30年前，我们开始将镁合金汽车零部件纳入工作范畴，并立志让家家户户享受到镁材料的好处。经过5年，已有50%～60%的汽车开始采用镁制零部件。如今，在‘双碳’目标的大背景下，镁产业面临绝佳的发展机遇。期盼通过我们共同的努力，让镁产品走向更广阔的应用领域！"

        中国工程院院士、国家镁合金材料工程技术研究中心名誉主任潘复生在接受本刊记者采访时，谈到了对镁在轻量化、储能等领域的应用的乐观态度。他认为，镁材料具有巨大的应用潜力，并且对于解决世界面临的三大难题——资源危机、环境污染和能源危机，具有重要的意义。他甚至表示，金属镁很有可能成为未来一个时代最重要的，甚至是标志性的材料之一。

        镁基材料在节能减排中大有可为

        "双碳"目标是党中央根据推动构建人类命运共同体的国际责任和推动我国经济社会可持续发展的深思熟虑而做出的重大战略决策。潘复生指出，节能减排和能源转型是实现国家能源安全和实现"双碳"目标的最重要途径，镁行业有机会在这两个方面拓展具有颠覆性的道路。

        潘复生指出，在节能减排方面，传统工业已经做出了许多努力，大多数已经达到了极限。未来实现节能减排最有效的途径之一是通过轻量化实现，而这与镁产业密切相关。他以汽车轻量化为例进行了分析。

        要实现汽车轻量化，主要有两条途径：一是使用轻量化材料，例如高强度钢、铝合金、镁合金和碳纤维复合材料，来替代传统普通钢结构，以提高比强度或降低材料密度；二是通过轻量化设计，开发全新的汽车架构，甚至优化车身零部件数量和缩小零部件尺寸等方式来实现轻量化。

        其中，镁合金作为一种轻量化材料具有重要的作用。镁合金具有较低的密度和良好的机械性能，可以显著降低汽车自重，提高燃油效率，减少尾气排放。因此，镁行业在推动汽车轻量化方面具有巨大的潜力。

镁在汽车上的应用

        “镁合金是目前最有效也是最环保的轻量化材料。”潘复生介绍，首先，镁有非常好的性能潜力，其比强度高于钢铁、铝合金、钛合金，是很好的节能减排材料和绿色材料；其次，中国镁矿资源非常丰富，占世界镁矿资源的70%以上，储量产量均居世界第一；再次，当前解决镁合金性能缺点方面已有重要突破，镁合金比强度大幅度提升，压铸件成本跟铝合金接近，未来有可能比铝合金低。“中国既有最好的资源保障，也有最好的技术保障。”潘复生说。

据潘复生指出，镁合金是目前效率最高、环保性最佳的轻量化材料。首先，镁合金具备卓越的性能潜力，比强度超过了钢铁、铝合金和钛合金，因此成为一种出色的节能减排和绿色环保材料。其次，中国拥有丰富的镁矿资源，占据全球70%以上的镁矿资源，储量和产量均居世界第一。此外，针对镁合金性能缺陷问题，已经取得了重要突破，使得镁合金的比强度大幅提升，同时压铸件的成本接近甚至可能低于铝合金。潘复生强调：“中国不仅拥有顶级资源保障，还具备领先的技术支持。”

        潘复生进一步指出，汽车大型构件的一体化制造是全球汽车工业的重要发展方向，而应用镁合金则可以实现10%～20%的减重和10%以上的能耗降低。值得一提的是，重庆美利信科技股份有限公司的8800吨压铸机是目前世界上投入运行的最大压铸机，其吨位远超特斯拉使用的压铸机，对于汽车的一体化制造具有重要意义。重庆大学和美利信公司已经开始合作试生产，这对汽车行业的轻量化将产生重要的影响。

        潘复生强调，每个国家的先进制造业都拥有一些独特的技术特点，而轻量化可能是中国制造业未来最具特色的领域之一。从产业转型升级的角度来看，作为最有潜力的轻量化材料之一，镁对于提升中国制造业的竞争力至关重要。

镁基材料在能源转型中极具潜力

        为了实现“双碳”目标，能源转型是至关重要的，它与节能减排同等重要。而在能源转型中，大规模应用可再生能源是主要的方式。然而，由于风电、光电等可再生能源的不稳定性，无法实现大规模并网，这导致装机容量大幅增加的同时，使用效率却下降，低谷期电力浪费现象非常严重。因此，我们迫切需要选择一种低成本、安全可靠的储能技术。

        潘复生提出了一种解决方案，他认为相较于锂，镁基储能材料具有许多优势，包括资源储量丰富、成本低和高安全性能，因此具有极大的潜力成为新一代储能材料。他表示：“镁不仅是高效、安全的储氢材料，还是环保高密度的安全电池材料。”

        在能源转型中，氢能源被广泛认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。然而，目前氢能发展面临一个刚性瓶颈，那就是氢气的储存和运输问题。氢气难以在常温常压下进行储存，目前主要使用高压气瓶或低温液态来实现储存，但都存在安全隐患。

        针对这个问题，潘复生指出镁是所有固态储氢材料中储氢密度最高的金属材料，其储氢密度达到气态氢的1000倍，液态氢的1.5倍。此外，镁储氢还可以纯化氢气，经过提纯后其纯度可达到99.9999%，这对于实现灰氢、蓝氢向绿氢的转变至关重要。与此同时，镁储氢技术是在常温常压条件下进行的，它大幅降低了成本，并且具有比高压气态和液态储氢更高的安全性。

        潘复生表示，近年来镁基储氢的研究论文数量显著增加，一些关键技术问题正在被攻克，该领域已经处于工程化的前沿。一旦储氢技术突破并实现大规模应用，将从根本上改变传统储能问题，对能源转型、特别是氢能战略的实施具有重要意义。

        目前，锂电池是最广泛应用的电池类型，但它存在资源短缺和安全性差等问题。相比之下，镁电池具有低成本、高安全性以及与锂电池相当的燃料密度，因此，业界认为镁电池有可能成为电池领域的颠覆者。举例来说，作为负极材料，镁电池相比商用锂电池的负极材料具有6倍的容量。

        潘复生表示，相对而言，镁离子电池的发展时间较短。他们在镁产业化方面进行了大量的前期工作，包括负极材料、电解液、正极材料等多个领域的研究。尤其是在正极材料方面，他们已经实现了燃料密度超过每公斤500万千瓦时的水平，而成本仅为目前磷酸铁锂的一半左右。在2022年，他们的团队成功研发了一种低成本、高电压、长寿命的镁电池正极材料，循环寿命可以达到1万次。接下来，他们计划在镁基材料加氢站、运氢车、纯化储氢一体化、分布式储能和动力电池等五个方面展开示范研究。

        在潘复生看来，镁合金作为一种绿色金属材料，具有巨大的发展潜力。镁的成本仅为锂的二十五分之一左右，有望替代目前广泛使用的锂电池。一旦镁领域的技术成熟，将会引领镁产业从目前的百亿级市场直接升级为万亿级市场。

        在采访中，潘复生还提到了近年来镁在建筑模板、家具、土壤修复、生物材料等领域的巨大应用潜力。由于镁及镁合金材料具有显著优势和广泛应用前景，我国高度重视镁产业发展，在国家战略计划和规划中多次加快镁合金产品的开发和应用。全球镁及镁合金研究也经历了爆发式增长，潘复生表示：“国际镁协每个月都希望与我们交流，欧盟也希望中国保证镁产品供应。世界镁行业发展离不开中国。”目前，中国已成为世界最大的生产、应用和研究大国，在镁合金研究领域掌握重要话语权。

        作为镁合金国际刊物主编和国际标准化组织“镁合金技术委员会”主席，潘复生早在2007年就牵头组建了重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心，并组建了一支在国际上具有重要影响力的科研团队。在他的领导下，该中心已成为全球最大的镁合金研究中心，在推动我国镁合金产业发展方面扮演着至关重要的角色。潘复生希望更多的人加入这个团队，共同努力实现“镁”梦。