镁合金——航空航天领域的“宠儿”

“绿色金属”镁合金：航空航天轻量化的核心选择

在航空航天领域，结构轻量化始终是一项关键目标。早在1961年，钱学森先生在《星际航行概论》课程中就曾强调：“航天器的每一个零件减少1克重量都是贡献。”作为目前最轻的金属结构材料，镁合金正日益成为制造飞机、导弹、载人飞船、卫星等航天器关键部件的理想选择。

镁合金的百年进化史

镁的英文名“Magnesium”源于希腊文“美格尼西亚”（Magnesia），因该地区富产氧化镁矿（古称“苦土”）。古罗马人称其为“magnesia alba”，意为“白色美格尼西亚”，中文名称“镁”则取自其第一音节音译，元素符号为Mg。

1. 1808年英国化学家汉弗莱·戴维（Sir Humphrey Davy）通过熔融电解法首次制得金属镁；

2. 1828年法国科学家A.A.Bussy利用还原法从熔融无水氯化镁中成功提取出纯镁；

3. 1886年德国以本生（Bunsen）电解槽为基础建成全球首个商业电解镁厂，标志着镁合金正式进入工业化生产阶段；

4. 新中国成立初期，在苏联援助下我国镁合金产业开始起步。随着多个“五年计划”的实施，一批重点生产单位和科研机构相继建立，为产业发展奠定了坚实基础。

镁合金的分类

尽管纯镁纯度可达99.99%以上，却难以直接用作结构材料。通过添加铝、锌、锂、锰、锆及稀土等元素制成镁合金，可显著提高其强度，从而广泛应用于工程结构。

1. 按合金元素分类：主要包括Mg-Al（镁铝合金）、Mg-Zn（镁锌合金）、Mg-Mn（镁锰合金）、Mg-Zr（镁锆合金）和Mg-RE（镁稀土合金）五大系列；

2. 按应用条件与服役载荷分类：可进一步划分为8类，其中压铸镁合金和稀土镁合金近年来需求持续增长。

相比其他材料，镁合金具有低密度、高减震性、优异电磁屏蔽性能、降噪能力以及易于加工回收等优势。尽管其在加工方面仍存在一定挑战，镁合金仍是当前材料科学领域的研究热点。

镁合金的重要性及应用

相关研究表明，汽车、商用飞机、战斗机及航天器的重量每减轻0.45公斤，可分别实现3美元、300美元、3000美元和30000美元的成本节约——这正是航空航天领域积极采用新型轻质材料的主要原因。目前，镁合金已广泛应用于军用战斗机、直升机的关键部件，如传动机匣、飞机轮毂、挂弹架、齿轮箱、飞行头盔及航空座椅等。

在航天制造中，材料的比刚度和热导率尤为关键：

1. 镁合金具有高比刚度和优良热导率，可避免航天器在低重力、高真空环境下电子设备过热损毁；

2. 其出色的减振性能能够承受飞行过程中的大幅振动载荷；

3. 同时具备良好的防辐射性、稳定性及电磁屏蔽能力，可有效抵御短波辐射和高能粒子冲击。
镁合金的国际与国内应用现状

1. 国际应用

1）美国：B-52H轰炸机采用镁合金板材、挤压型材及铸件制造机轮、机身等非承力/次承力结构；波音767的反推格栅、座舱骨架与座椅应用镁合金铸件，实现显著减重与性能提升；此外，镁合金复合材料还用于卫星支架、轴套及横梁等部件，综合性能优于铝基复合材料。

2）日本：利用镁合金低密度特性，成功研制结构件仅重1kg的超小型卫星，极大推进了轻量化技术。

3）据行业分析，全球镁及镁合金市场未来几年年复合增长率（CAGR）为4.1%。增长动力主要来自其在轻量化、节能减排方面的优势，以及在航空航天、汽车、电子、医疗等领域的广泛应用。

2. 国内发展

中国是全球最大的镁资源储备国与生产国。据镁工业协会统计，2024年全球金属镁产量约112万吨，其中中国产量达102.56万吨；预计2025年中国金属镁产业将继续保持稳定增长，为全球市场提供充足供应。

在航空航天领域，我国常用的镁合金包括铸造稀土镁合金（ZM2、ZM3、ZM4、ZM5、ZM6、ZM9）和变形稀土镁合金（MB25、MB26），主要应用于：

1）涡喷系列发动机的前机匣、后机匣及主机匣；

2）直升机主减速器主机匣、飞机液压恒速装置壳体；

3）飞机机身长桁、操作系统栓臂与支座等受力构件；

4）此外，在歼击机、轰炸机、运输机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星及飞船中，也广泛采用稀土镁合金构件。

作为目前最轻的金属结构材料，镁合金凭借其低密度、高比刚度、优异热导率与耐腐蚀性能，已成为航空航天领域备受青睐的材料。钱学森先生“每一克减重都是贡献”的理念，使镁合金在航空航天等关键领域展现出巨大的应用价值。未来，随着航空航天、新能源汽车等领域的技术不断发展，镁合金必将发挥其核心作用。