鋁鎂合金是最輕的工程金屬材料之一，具有很好的比強度、比剛度等性能，特別適合制造有重量輕、強度高、減震降噪要求的工程結構部件和有一定強度要求的殼體類零件。中國作為鋁鎂資源大國，如何利用鋁鎂資源的優勢正受到越來越多國內有識之士的關注。隨著鋁鎂合金及其相關技術的發展，鋁鎂合金在中國各個領域的應用也得到了進一步的推廣。下面分別介紹中國在新型鋁鎂合金開發和加工工藝（液態成型、固態成型和半固態成型三個方面）的研究進展。
 
 一、新型鋁鎂合金的開發 
 
 由于交通工具輕量化的推動，世界各國都展開了對鋁鎂合金的研究，尋找一種可以滿足要求的新型合金，是各國科技工作者的一個共同目標，在這方面中國科技人員也進行了大量的研究工作。限制鋁鎂合金發展的一個主要原因是鋁鎂合金的高溫性能——抗蠕變能力和高溫疲勞性能較差，因此新材料的研發主要是針對這一問題進行的，概括的說主要包括兩個方面：一是對現有合金的優化，主要是針對現有的商業鋁鎂合金，特別是對Mg-Al系合金進行改性，通過添加合金元素以期改善合金的高溫性能；二是新合金系的開發，主要是指新型Mg-RE系合金的研發。

1. Mg-Al耐熱鋁鎂合金 
 
 目前，對于Mg-Al 系耐熱鋁鎂合金的研究主要集中在以下兩方面：1 AZ 系(Mg-Al-Zn) 鋁鎂合金的耐熱性改善,其主要通過添加微量合金元素(如RE、Si、Ca、Ba、Bi、Sb和Sn等) 改善AZ系合金中β相（Mg17Al12）的形態結構和/或形成新的高熔點、高穩定性的第二相來提高其耐熱性；2 新型耐熱鋁鎂合金系列的開發，其主要以Mg-Al二元合金為基礎，通過單獨或復合添加Si、RE、Ca、Sr等合金元素，以形成具有抗高溫蠕變性能的新型耐熱鋁鎂合金系列。表1顯示了部分新開發的Mg-Al系耐熱鋁鎂合金的化學成份及主要強化相。 
 
 2. Mg-RE合金 
 
 稀土元素的價格相對較為昂貴，但由于稀土元素特殊的價電子結構以及在鋁鎂合金中的顯著的強化效果，使Mg-RE系成為發展高強度耐熱鋁鎂合金的一個重要合金系。中國關于Mg-RE系合金的研究近年來不斷增多和深入，中國作為稀土資源第一大國，鋁鎂稀土合金的成功研發將有助于我們利用這一優勢。 
 
 混合稀土，尤其是輕稀土，是較早發現對鋁鎂合金具有良好強化效應的元素。上海交通大學的研究發現，在中國牌號ZM6合金的基礎上通過純釹元素替代富釹混合稀土、調整合金元素含量范圍以及添加微量合金元素等手段開發的Mg-2.5~3.5Nd-0.2Zn-0.5Zr-X合金的綜合性能遠遠超過ZM6合金和EZ33A合金，而且無須氫化處理。這種合金采用了高溫固溶工藝，從而可以提高固溶處理后的Nd元素在基體中的固溶量以及后續時效強化效果。

稀土元素Y和Gd的優良時效強化作用是近年的重要發現之一。何上明等人在Rohklin和Kamado等人的工作基礎上系統地研究了Mg-Gd-Y-Zr-Ca系合金的顯微組織和力學性能，并開發高強度鋁鎂合金Mg-10Gd-3Y-0.6Zr-0.4Ca（GW102K)以及Mg-12Gd-3Y-0.4Zr-0.4Ca（GW123K)，兩種合金經過熱擠壓后的力學性能如圖1所示。與日本Kamado等人的研究結果不同的是，他們發現Mg-Gd-Y-Zr系合金的時效沉淀析出順序應為Mg(SSSS) → β〞（D0₁₉） → β′（bco） →β1（fcc） →β（fcc），而不是常規報導的Mg（SSSS） → β〞（D0₁₉） → β′（bco） →β（bcc）序列，其中β〞 和β′在時效峰值處共存，并以極細的針狀或片狀彌散析出，沿鋁鎂基體的{11-20}棱面分布，首次在該合金系內發現一種具有面心立體的新型過渡相β1，該相在基面上呈現菱形顆粒狀。幾種主要的過渡相的形貌與斑點如圖2所示。 

此外，上海交通大學還對Mg-Dy-Nd，Mg-Y-Sm，Mg-Gd-Nd等其它稀土系合金進行了研究與優化，得到不同稀土含量的鋁鎂合金，與Mg-Gd-Y和Mg-Nd系合金類似，這些鋁鎂稀土系主要強化方式為高溫時效析出的亞穩相，因此具有良好的強度與耐熱性，為高強度耐熱鋁鎂合金。

二、液態成型 
 
 當前，鋁鎂合金的液態成型仍然以壓力鑄造(HPDC)、重力鑄造為主，鋁鎂合金采用其它鑄造方式，如低壓鑄造(LPDC)、熔模鑄造等形式較少，表2為2005年中國國內鋁鎂合金消費領域的比較（來自鋁鎂業分會）。

 中國鋁鎂合金零部件的主要生產廠家有一汽鑄造公司、東風汽車公司、上海鋁鎂鋁鎂合金壓鑄有限公司、長安汽車等。這些公司的產品以汽車用鋁鎂合金壓鑄件為主。此外，臺灣香港等企業在大陸投資的鋁鎂成型企業主要生產3C鋁鎂合金壓鑄件，目前已經成為全球最大的3C鋁鎂合金零件供應商。利用鋁鎂合金壓鑄件代替傳統鑄鐵、鑄鋼件，甚至代替鋁合金壓鑄件，正成為制造業特別是汽車制造業的發展趨勢。 
 
 隨著模具設計水平和壓鑄零件性能的提高，鋁鎂合金壓鑄件的應用領域已經從傳統的筆記本電腦外殼、手機外殼等發展到了發動機支架、輪轂、框架件等受力部件以及安全部件。為了滿足不斷提升的零件性能要求，在傳統壓鑄工藝的基礎上衍生出了真空壓鑄、擠壓鑄造、低壓鑄造、超低速壓鑄等諸多技術分支。 
 
 真空壓鑄是一種在壓射過程中抽除型腔和壓室內的氣體，從而減少鑄件中的氣孔缺陷，提高鑄件質量的壓鑄工藝。該工藝以其極低的鑄件含氣量、較好的設備兼容性和優異的鑄件性能等優點得到了高度重視和大力發展。

 上海交通大學輕合金國家工程中心對鋁鎂合金AZ91D的真空壓鑄進行了研究，研究結果表明﹕真空壓鑄可以明顯降低AZ91D壓鑄件中孔洞的含量，改善合金填充過程，提高合金的密度，特別是提高遠離澆口處的密度（圖3）；真空壓鑄鑄件經過熱處理后相對于普通壓鑄而言表面氣泡有明顯改善（圖4），只有微量氣泡產生，鑄件可以熱處理；真空壓鑄件熱處理后，由于AZ91D的固溶強化和時效強化效果，合金T4與T6態的力學性能較壓鑄態有明顯的改善，抗拉強度平均提高80MPa以上。清華大學也對鋁鎂合金的真空壓鑄進行了研究，研究結果表明隨著真空度的提高，合金的強度與延伸率呈上升趨勢，真空壓鑄提高了合金的室溫力學性能。

 重慶大學采用一種新型的擠壓鑄造方式生產鋁鎂合金摩托車輪轂，取得了較好的結果：本體拉伸性能為230~250MPa，延伸率10~16%，同時生產效率較高。上海交通大學對鋁鎂合金擠壓鑄造的研究也在進行當中，鋁鎂合金AZ91D擠壓鑄造后的金相如圖5所示，合金中第二相分布比較細小，有利于提高合金性能。合金鑄態下的室溫抗拉強度在200-230MPa，相對于重力鑄造有明顯提高，約15-30%，達到壓鑄水平；同時由于合金致密無缺陷，又可以發揮合金熱處理強化的優勢。 
 
 低壓鑄造是介于重力鑄造和高壓鑄造的一種鑄造方法，具有充型平穩，補縮效果良好的特點。同時密封充型可以防止鋁鎂合金暴露在大氣中而引起氧化燃燒，是鋁鎂合金成型方法中一種比較好的方式。但長期以來這種成型方式在鋁鎂合金中應用很少，主要是人們對于鋁鎂合金低壓鑄造的過程缺乏了解。 
 
 上海交通大學對鋁鎂合金AZ91D和AM50低壓鑄造工藝進行了研究，結果表明AZ91D低壓鑄造時組織中很容易產生縮松，而且第二相和晶粒很容易粗化，對合金性能產生負面影響，因此在采用低壓鑄造生產鋁鎂合金AZ91D鑄件時，對工藝參數的控制要求比較嚴格，采用優化后的工藝才可以生產出致密的鑄件；而AM50合金的低壓鑄造性能比較優良，容易得到致密的鑄件，但合金的屈服強度較低。 
 
 超低速壓鑄是在常規壓鑄的基礎上，降低壓鑄時低速階段的壓射速度，從而達到減輕壓鑄過程中卷氣現象的一種新工藝。清華大學對鋁鎂合金的超低速壓鑄進行了系統的研究，發現在壓鑄充型過程中，低速階段的壓射速度對壓室液態金屬流動形態及壓室中氣體的卷入情況影響較大，存在一個臨界低速速度。在該速度條件下，液體金屬在壓室中的流動將不會卷入氣體。在此基礎上，他們提出了優化的低速壓射工藝：在壓射充填階段采用優化的低速速度，而在流道系統充填階段降低速度以保證流道系統的平穩充填。 
 
 熔模鑄造在鋁鎂合金中采用的比較少，尚處于研發階段。上海交通大學等高校對AZ91D熔模鑄造進行了嘗試，發現合金中第二相和晶粒比低壓鑄造更易粗化，鑄造中應當采用必要的細化措施。而對于采用Zr細化的鋁鎂合金而言，熔模鑄造并不會帶來晶粒的明顯粗化，目前為止，已經有性能良好的熔模鑄造鑄件產出。 
 
 電磁鑄造對AZ91D的組織有一定的細化作用，可以使Mg₁₇Al₁₂相和共晶組織增多，有利于Zn元素的均勻分布。快速凝固AZ91D合金薄帶截面組織由靠近輥面晶粒約9μm的粗大等軸晶區、中部方向不同的柱狀晶區和自由表面層晶粒在215～4μm的細小等軸晶區三部分組成，三層組織均為過飽和α-Mg固溶體，并觀察到較高的位錯密度?？焖倌虠l件下的壓縮強度均高于鑄態，并隨冷卻速度的增大，壓縮性能有所降低。
 
 三、固態成型 
 
 鋁鎂合金固態成型產品與鑄態相比具有明顯的性能優勢，因此鋁鎂合金型材板材的應用前景被廣泛看好，國內鋁鎂合金型材板材的應用也呈較快的上升趨勢。據有關專家預測，在未來10-15年鋁鎂合金板材巿場將會達到15-20萬噸。從應用來看，中國部分企業和研究機構已經具備鋁鎂合金固態成型加工能力。中鋁洛陽銅業有限公司依靠自主創新成為中國首家打入世界鋁鎂合金板材產品高端巿場的企業，目前該公司生產的鋁鎂合金連續鑄扎薄板已經成功的應用在了美國波音公司生產的飛機上。以上海交通大學為技術依托的上海美格力輕合金制品有限公司的鋁鎂合金型材也銷售良好，呈較快的發展勁頭。此外，東北輕合金加工廠、營口銀河鋁鎂鋁合金公司、福州華鋁鎂新技術開發公司、重慶奧博鋁材制造公司等國內多家企業也都具備了生產鋁鎂合金擠壓型材和軋板的能力。

 鋁鎂合金在室溫下塑性很低，延伸率只有4%～5%，容易脆裂，軋制加工比較困難，但200℃以上時塑性明顯提高，使擠壓加工成為理想的方法。目前，鋁鎂合金管材、棒材、型材、帶材主要采用擠壓方法加工成形。擠壓成型方式相對于鑄造方式而言可以明顯提高合金力學性能，如AZ91D經過擠壓后合金拉伸強度和塑性均得到提高，抗拉強度由鑄態的205MPa 提高到336MPa，延伸率由鑄態的6%提高到11%。圖6為上海交通大學研制的鋁鎂合金型材與管材。

 軋制是鋁鎂合金薄板的主要成型方式，陳彬等人的研究表明，AZ31鋁鎂合金在鑄態和擠壓態下都可以軋制出性能良好的鋁鎂板；如圖7所示，上海交通大學已經成功軋制出AZ31薄板(0.5～4mm)，目前正與企業合作進行大規模生產的嘗試。湖南大學對鋁鎂合金的異步軋制進行了研究，結果表明異步軋制可使其晶粒得到細化，基面織構減弱，力學性能提高。中南大學在AZ31中添加少量稀土元素，發現少量的Ce和Nd的加入可以提高軋制后合金的強度與塑性。 
 
 利用沖壓工藝可制造出各種形狀復雜的工件， 這對鋁鎂合金在汽車、3C等產品上的應用極具吸引力。沖壓工藝中以拉深工藝較為典型，拉深是把平面形狀的毛坯，借助于模具的作用，制成開口空心形狀零件的一種沖壓工藝方法。以往拉深研究中以AZ31合金為主，目前研究有擴展到其它合金的趨勢。南昌大學對Mg-Mn-RE合金的拉深性能進行了研究，發現合金的拉深高度對拉深溫度有明顯的依賴性，拉深溫度越高拉深高度也越高。暨南大學對ZE10合金拉深性能的研究表明，230℃拉深時，在沖頭溫度為20～50℃、拉深速度為50mm/min的條件下，可順利拉深最大直徑為142.5mm 的板料，極限拉深比（LDR）為2.85。上海交通大學也開展了這方面的研究，目前在200℃下可以做到LDR>3.2。 
 
 由于鋁鎂合金在較高溫度下特別是在400℃以上很容易產生氧化腐蝕，因此，目前對鋁鎂合金的熱鍛成形技術研究不多，精鍛工藝研究更少，發展也較慢，一定程度上影響了變形鋁鎂合金的大量應用。 
 
 最近兩年國內研究鋁鎂合金鍛造有回升的趨勢，湖南大學對AZ80多向鍛造后的組織和力學性能進行了研究，結果表明，多向鍛造工藝下，材料內部易形成交錯變形帶，有利于組織細化，形變誘導晶粒細化是主要的晶粒細化機制。晶粒細化過程存在一臨界應變量εc（2≦εc≦2.4），當實際應變量εc超過臨界應變量εc時，材料基本為動態再結晶細晶組織，進一步細化變得困難。多向鍛造后合金力學性能有了明顯的提高。東北大學對AZ31鍛造后的織構進行了研究，發現鍛造產生的面織構將增加鋁鎂合金的各向異性，不利于改善鋁鎂合金的塑性變形能力和力學性能。廣州工業大學對鍛造工藝參數的影響進行了研究，結果表明保持鍛造時的溫度是保證鍛造質量的關鍵所在，因此每次鍛打的時間要盡量縮短，而且鍛打之前鍛件保溫時間要恰當。
 
 四、半固態成型 
 
 半固態加工技術是提高鋁鎂合金制件性能的有效途徑之一，這類技術是當前的研究熱點，但目前還與實際生產有一定距離。 
 
 福建工程學院對半固態AZ91D鋁鎂合金組織與性能進行了研究，結果表明坯料微觀組織中未見明顯的溶質擴散層，在細小的網狀共晶相中析出了大量的晶粒尺寸為5~10μm的二次α-Mg相；半固態流變壓鑄成形工藝在提高鑄件致密度的同時，也提高了鑄件的硬度，與液態壓鑄成型試樣相比，其密度提高了0.33%，硬度提高了4.6%。南昌大學對鋁鎂合金AZ91D的半固態軋制進行了研究，發現攪拌速度、鑄軋溫度對半固態鋁鎂合金組織有顯著的影響；過快過慢的攪拌速度都不利于半固態組織的形成，試驗表明攪拌速度300r/min最佳；鑄軋溫度從高到低，固相率明顯從小到大；半固態連續鑄軋技術可以提高板帶的塑性加工性能，細化晶粒，提高生產效率。吉林大學對不同注射速度的半固態觸變注射成形鋁鎂合金顯微組織進行了分析，結果表明固相率不能與材料的抗拉強度建立有效的對應關系，能夠綜合表徵顆粒形態的分布描述則可以與材料抗拉強度建立有效的對應關系，為研究半固態成型鋁鎂合金的工藝-組織-性能之間的關系提供了一個理想的定量分析參數。 
 
 五、結束語 
 
 雖然中國對各類新型鋁鎂合金和鋁鎂合金各種可能的成型方式都進行了比較系統的研究，但目前國內鋁鎂合金企業的產品仍然以商業鋁鎂合金常規壓鑄、重力鑄造為主，鋁鎂合金的擠壓、軋制成型工藝剛剛開始應用于實際生產，而半固態成型等其它成型工藝則使用較少。 
 
 中國鋁鎂資源極為豐富，2006年原鋁鎂產量達到52.6萬噸（全世界為72.6萬噸），如何更好的利用這一得天獨厚的資源，更好的發展中國的鋁鎂產業，尚需要深入的探討與不斷的創新。雖然目前中國的鋁鎂產業大發展的局面已經形成，但鋁鎂的資源優勢尚不能轉化為高附加值的產品。中國鋁鎂加工企業眾多，但工藝技術、產品質量、企業管理等方面與國外先進企業相比還有很大的差距，彌補這一差距尚需科研院所與鋁鎂合金企業的共同努力。只有不斷的培育鋁鎂合金巿場、提高中國鋁鎂加工企業的技術水平和產品質量，才能提升中國鋁鎂產品的國際競爭力，使中國真正成為鋁鎂合金強國。