镁的工业应用「镁基本介绍镁的发现历史及产业发展镁的用途及应用领域」

镁 Magnesium

镁是一种金属元素，英文名称：magnesium，元素符号Mg，原子序数12，属于元素周期表上的IIA 族碱土元素。镁是银白色、轻质且有延展性的金属。密度为1.74g/cm³，熔点为650℃，沸点为1090℃。在空气中，镁的表层会生成一层很薄的氧化膜，使空气很难与它反映并失去光泽。镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，镁蕴藏量丰富，在宇宙中含量第八，在地壳中含量丰度2%。含镁矿物主要来自白云岩、菱镁矿、水镁矿和橄榄石等。海水、天然盐湖水也是含镁丰富的资源。中国是世界上镁资源最为丰富的国家，镁资源矿石类型全，分布广，储量产量均居世界第一。镁合金具有比强度、比刚度高，导热导电性能好,很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低和易于回收等优点，因而广泛用于航空航天、导弹、汽车、建筑等行业。

镁的发现历史及产业发展

【镁的发现历史】

镁是自然界中分布最广的十种元素之一，但由于它不易从化合物中还原成单质状态，所以迟迟未被科学家发现。在电池发明以后，化学家们才得到了分解活泼元素化合物的武器。利用电解的方法分离出它们的单质，它们才作为元素被确定下来。

1. 1755年，约瑟夫·布莱克(Joseph Black,英国)在爱丁堡确认镁是一种元素，辨别了石灰(氧化钙，CaO)中的苦土(氧化镁，MgO)。2. 1792年，Anton Rupprecht首次通过加热苦土和木炭的混合物制取出不纯净的镁金属。3. 1799年，Thomas Henry发现另一种镁矿石叫做海泡石(硅酸镁)，他说这种矿石在土耳其更多的用于制作烟斗。4. 1808年5月，英国化学家戴维(Sir Humphry Davy,17781829)电解汞和氧化镁的混合物，得到镁汞齐，将镁汞齐中的汞蒸馏后，就得到了银白色的金属镁。5. 1831年，法国科学家Antoine-Alexandre-Brutus Bussy使用氯化镁和钾反应制取了相当大量的金属镁。镁的名称来源镁的英文名称为Magnesium，它的命名取自希腊文，原意是"美格尼西亚"，因为在希腊的美格尼西亚城附近当时盛产一种名叫苦土的镁矿(就是氧化镁)，古罗马人把这种矿物称为"美格尼西•阿尔巴(magnesia alba)"，"alba"的意思是"白色的"，即"白色的美格尼西亚"。我国则根据这个词的第一音节音译成镁。镁的元素符号为Mg。

【镁产业发展】

全球镁资源储量丰富，分布广泛。镁合金具有良好的轻量性、切削性、耐蚀性、减震性、尺寸稳定和耐冲击性等，远远优质于其他材料，金属镁及其合金在未来将有重要应用前景，世界镁工业仍将保持快速发展，中国仍将是全球镁主要供给国。2013年中国取消镁和镁合金的关税，这对镁合金的出口起到了极大的推动作用，国内外镁合金应用企业也因此受益。

镁合金是目前最理想的汽车及摩托车轻型结构材料，3C类产品外壳的理想材料，得益于全球汽车工业和3C等行业的转型升级及其中国经济地位的显著提升，镁合金行业令市场看好。各国对镁合金领域的发展都十分重视，我国“十二五”镁合金发展趋势中提出总目标：要充分利用我国镁资源优势，顺应节能和低碳经济的总趋势，以技术突破为牵引，提高镁材料技术水平，促进我国镁应用的发展，将资源优势转化为技术和经济优势，推动镁合金应用快速发展 。目前在业内已经有上海交大、云海金属等机构在加大投入研发，其中部分技术水平已经达到世界先进水平。但同时，面临国际市场的变化莫测，中国镁工业既面临着机遇也面临着考验，根据2012年镁工业发展报告指出当前影响中国镁工业发展的主要问题：1. 整体产业竞争力不高。镁冶炼与加工缺少具有国际竞争力的大型企业(尤其缺少国企)。缺少先进的镁合金产品生产的集成技术，循环利用技术和材料替换设计技术，单一技术很难实现产品的规模化，很难形成竞争力。2. 产业集中度低。冶炼与加工企业数目多、规模小、布局分散、技术装备水平参差不齐，缺少专业技术人才。

镁的用途和应用领域

【镁产业链构成】

【原镁的应用】

原镁的应用主要集中在镁合金生产，炼钢脱硫，还用在稀土合金、金属还原、腐蚀保护及其他领域。很多钢厂都采用镁脱硫，使用镁粒的脱硫效果比碳化钙好；使用镁牺牲阳极进行阴极保护，是一种有效的防止金属腐蚀的方法，镁牺牲阳极广泛用于石油管道、天燃气、煤气管道和储罐、冶炼厂、加油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。

【镁合金的应用】

镁合金具有良好的轻量性，切削性，耐蚀性，减震性，尺寸稳定和耐冲击性，远远优质于其他材料。这些特性使得镁合金在广泛领域都有应用，比如交通运输领域，电子工业，医疗领域，军事工业等，这种趋势只增不减。尤其在3C产品（计算机类Computer、消费类电子产品Consumer Electronic Product、通讯类Communication）、高铁、汽车、自行车、航空航天、建筑装饰、手持工具、医疗康复器械等领域应用前景好、潜力大，已经成为未来新型材料的发展方向之一。工信部在指定“十二五”期间支持发展的400多种新材料目录中，与镁相关的就有12个。

【交通运输】

（1）飞机

从20世纪开始，镁合金就在航空航天领域得到应用。出于镁合金可以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。目前镁合金在航空的应用领域包括各种民用、军用飞机的民动机零部件、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

镁合金已被发达国家广泛用于汽车仪表板、座椅支架、变速箱壳体、方向操纵系统部件、发动机罩盖、车门、发动机缸体、框架等零部件上。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。通常汽车自重每减轻10%，燃油效率可提高5.5%，废气排放相应减少。要使汽车轻量化，有两条途径：一是优化结构设；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。镁合金压铸在所有压铸合金中最轻，是极竞争力的汽车轻量化材料，大量的镁合金零部件被生产出来，以代替塑、铝合金，甚至钢制零件。随着技术的发展，镁合金在汽车领域的应用范围会更广。

【电子通信】

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。工程颜料曾作为主要材料，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，这是工程颜料无法比拟的。

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。以笔记本电脑、手机和数码相机为代表的3C 产品朝着轻、薄、短、小方向发展的推动下，镁合金的应用得到了持续增长。1.笔记本电脑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为，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。2.手机

手机利用了镁合金防震、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。 同时采用镁合金外壳的手机在电磁相容性方面有了巨大提高，在减少了通信过程中电磁波散失的同时也降低了电磁波对人体的伤害。据统计，2005 年全球生产手机4 亿部，其中约10%～11%采用镁合金机壳。3.数码相机单反相机中的骨架常用镁合金来制作，一般中高端及专业数码单反相机都采用镁合金做骨架，使其坚固耐用，手感好。

【医疗】

在医疗领域，镁首先被作为整形外科生物材料进入，因其很多的特点和属性，使镁植入物及类似应用程序成为非常具有吸引力的选择。早期，不锈钢、钛合金和钴铬合金等 用于医用植入金属材料，其优势在于其良好的耐腐蚀性，可在体内长期保持整体的结构稳定。然而，植入这些金属材料后经过一段时间后，会让许多患者痛苦不已。因为这些材料无法与身体融合，有害金属离子溶出，引发人体过敏，病愈后需通过二次手术将其取出。

因此，能够生物降解的医用金属材料就成为植入材料未来的研究与发展方向，而与人体骨骼密度最为接近的镁合金有着独特的优势（镁合金密度约为1.7g/cm³、人体骨骼密度约为1.75 g/cm³）。镁合金容易加工成形，并且具有优良的综合力学性能以及独特的生物降解功能，而镁又是人体所必需的宏量金属元素之一，因此镁合金是医用金属材料的不二选择。镁合金的弹性模量约为45GPa，也接近于人体骨骼（10~40GPa），能有效缓解甚至避免“应力遮挡效应”；镁合金在人体中释放出的镁离子还可促进骨细胞的增殖及分化，促进骨骼的生长和愈合。不仅如此，镁合金的加工性能远优于聚乳酸、磷酸钙等其他类型可降解植入材料，因此其在心血管支架方面也具有临床应用价值。

【军工】

军事装备中使用镁合金可以提高结构件强度，减轻装备重量，提高武器命中率。同时，镁合金能够满足航空航天等高科技领域对材料吸噪、减震、防辐射的要求，明显改善飞行器的气体动力学性能和减轻结构重量。因而在制造飞机和陆地车辆的柜架、壁板、支架、轮毂，以及发动机的缸体、缸盖箱和活塞等零件时，经常使用镁合金，同时，镁合金也被用于制造一些军事装备，例如掩体支架、迫击炮底座和导弹等。 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。

【其他应用】

镁合金在我们生活中其他的小领域也应用广泛，比如摩托车和自行车应用，自行车是镁合金合新的应用领域，主要用作自行车车架。镁合金的优势在于不但轻便、快速、舒适，而且有口可以使管径变小、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；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。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。应用领域数不胜数，在我们的生活中扮演着重要的角色。