進入21世紀,資源和環境已成為人類可持續發展的首要問題。隨著金屬材料消耗量的急劇上升和科學技術的飛速發展,大規模生產工藝的出現和廣泛使用,地球表殼的資源日趨貧化。鎂作為一種輕質工程材料,其潛力尚未充分挖掘出來,開發利用技術還遠不如鋼鐵、銅、鋁等成熟。因此,在許多傳統金屬礦產資源趨于枯竭的今天,加速開發鎂合金的應用,對保持社會可持續發展也就具有著重要的戰略意義。
被譽為21世紀綠色金屬結構材料的鎂合金材料,被廣泛運用于汽車、摩托車、機械、航空、航海、國防等領域,金屬鎂的需求量每年以20%的速度快速增長。雖然我國鎂工業還沒有擺脫群雄混戰的局面,國內鎂產品應用市場也還未成熟,但從目前國內鎂合金產業的態勢來看:中國鎂合金產業前景廣闊。
一、資源優勢得天獨厚
我國是鎂金屬生產大國,鎂的蘊藏豐富,鎂資源占全球總儲量的22.5%。我國的菱鎂礦資源總量31.45億噸,符合煉鎂要求的一、二級礦占78%。同時,儲量巨大的白云石礦和青海的鹽湖,也含有十分豐富的鎂資源。白云石資源已探明儲量在40億噸以上,青海鹽湖氯化鎂32億噸,硫酸鎂16億噸。較低的投資成本,豐富的煤炭資源,低成本的原料供應,以及充裕的勞動力優勢,都使鎂在中國的生產具有良好的經濟性和競爭性。我國的原鎂產量占全球產量的40%,是世界上第一大鎂生產國和出口國。2001年全國原鎂產量約20萬噸,出口16.5萬噸。中國目前共有鎂生產企業100余家,其中年生產能力在10000噸以上的有3家,3000噸以上的有22家,1000-3000噸的有50余家。
二、鎂合金市場空前繁榮
鎂是繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料,具有許多優良的性能,應用前景極為廣泛。但由于受價格昂貴和技術方面的限制,長期以來只少量應用于航空航天等軍事工業,被稱為"貴族金屬"。 九十年代以來,在日益嚴重的資源和環境的雙重壓力下,全球掀起了鎂合金開發應用熱潮,世界各工業發達國家從戰略高度紛紛出臺大型研究計劃推動鎂合金在交通、計算機、通訊、消費類電子、國防軍工等諸多領域的應用。隨著技術和價格兩大瓶頸的突破,全球鎂的用量以每年20%的幅度快速增長,這在近代工程金屬材料的應用中是前所未有的。大規模開發和利用鎂合金的時代已經到來。
1 、鎂合金在汽車中的應用
二十世紀末,能源危機日趨嚴重,環保法規日益嚴格,使現代汽車減重節能的要求不斷高漲,輕量化已成為汽車選材的主要發展方向。汽車質量每降低100kg,每百公里油耗可減少0.7L,汽車自重每降低10%,燃油效率可以提高5.5%,故發達國家不斷加強對汽車等交通工具能源消耗和廢氣污染的限制,促使汽車制造廠重視汽車的輕量化發展。鎂合金作為工業應用最輕的金屬材料和良好的阻尼減震性能,具有在體積相同時比鋁合金輕36%、鋅合金輕73%、鋼輕77%的特點,成為汽車輕量化的首選材料,其開發應用受到了各國的重視。福特汽車公司于1998年推出的輕質概念車P2000,計劃使用103 kg的鎂合金零部件。然而,從總體來看,目前鎂合金在汽車上的用量還很少,每部車在0.5~17kg之間變化,平均使用量為3 kg。根據汽車中典型鎂構件的估計重量及統計,每輛汽車上鎂件的重量可達到50~80kg。到2006年,若每輛轎車僅使用40kg鎂壓鑄件,按現在轎車的總產量5000萬輛計算,則可達到2000kt的用量。隨著鎂合金成形工藝技術的進一步提高,新開發的鎂合金結構件將采用高性能的鎂合金(如變形鎂合金等),鎂合金在汽車上的應用潛力將進一步發揮。
2、在3C電子產品中的應用
鎂合金在電子工業中的應用也具有很大的潛力。眾所周知,電子工業是當今發展最為迅速的行業,數字化技術的發展導致各類數字化電子產品的不斷涌現。電子元器件越來越趨于高度集成化和小型化,便攜式電腦、數碼攝錄象機、數碼照相機、手機等日新月異,更新速度之快令人瞠目結舌。鎂合金由于具有比強度高、導熱導電性好、電磁屏蔽性能好以及環境兼容性能,可代替塑料殼體滿足3C(計算機、通訊、消費類電子)產品輕、薄、小型化、高集成以及嚴格的環保要求,在信息產業中得到了廣泛的應用。目前在日本已經有大量電子產品采用鎂合金作為外殼材料。
三、鎂合金產業鏈發展勢頭強勁
鎂具有豐富的資源,鎂合金的應用研究和開發符合汽車工業、電子工業和航天工業的發展要求,因而受到了各國政府、企業和科技界的高度重視。我國也將"鎂合金應用與開發"列為國家計委和科技部聯合下發的"十五"國家科技發展規劃中材料領域的重點任務,同時"鎂合金應用開發與產業化"作為十五計劃的第一批項目已在2001年8月正式啟動。最終目標是充分發揮我國的鎂資源優勢,通過建立鎂合金技術創新體系,加強鎂合金應用開發,建立具有國際競爭力的鎂合金高新技術產業群,將鎂資源優勢轉化為經濟優勢。
項目正式啟動一年多時間內,共投入國撥經費4100萬元,吸引各方面資金近6億元;全國共有21個省市自治區計劃單列市的4個研究院所、7所高校、20家企業直接參與了項目實施;在20家企業中,有10家是在國家啟動鎂合金戰略研究后新成立的股份公司。按照科技部在鎂合金應用開發及產業化方面的總體戰略部署,目前取得了顯著的階段性成果,初步建立了鎂合金技術研發到產業化試點的技術研發體系,突破了一批前沿核心技術和產業化關鍵技術,在全國建立了一批產業化示范基地。例如:有色研究總院已開發出高品質新型鎂合金,清華與香港力勁公司開發出三種新型鎂合金專用壓鑄機,青島金谷鎂業為海爾等家電企業開發出電子殼體并批量生產。各地建立了一批鎂合金研發中心和實驗室,已申請專利30余項。科技部高新技術發展及產業化司的劉兵用這樣一句話概括了目前我國鎂產業開發利用的格局:北到長春、沈陽,南到珠江三角洲,西到寧夏、青海等西部鎂資源豐富地區,東到膠東半島、長江三角洲,我國鎂產業已呈蓄勢待發之勢。
四、從鎂資源大國到鎂產業強國
雖然我國是鎂資源大國,也是世界上最大的鎂生產國和出口國,但我們應該清醒的認識到,我們并非鎂產業強國。首先,全國有上百家鎂生產企業,為了出口無序競爭,竟相壓價,受價低于成本,與世界鎂行業平均價格倒掛;其次,應用開發嚴重滯后,技術和設備落后,產品技術含量低;再次,國內應用少,內需量少,80%以上作為初級原料低價出口,屬于典型的以犧牲資源和環境為代價的原料出口型工業,已連續幾次被歐盟視為傾銷,企業面臨嚴重壓力。
隨著我國西部大開發戰略的實施和加入WTO,以及國際產業結構的調整,全球制造業中心正在向中國大陸轉移,中國鎂業正面臨重大的歷史機遇與挑戰。我們應該實施科技公關,盡快形成具有獨立知識產權的鎂合金深加工技術體系,開發我國自己的鎂合金加工產業。政府要有計劃的引導和扶持先進的大型骨干企業走兼并和重組的道路,使企業做大做強,這樣才能在國際市場上與跨國公司展開競爭。雖然我國在傳統的鋼鐵、鋁等基礎材料方面長期落后于世界,但我們有理由相信,在各方面的共同努力下,在新的世紀里,我國必將在新一代綠色輕質工程材料--鎂合金的開發應用及產業化上實現跨越式發展,成為世界最強。
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