11月中旬，中铝轻研镁合金团队成功开发出一种具有高强度、高耐蚀性和优异中高温冲压性的新型“不锈”镁合金，该合金相比于防锈铝A5052，腐蚀性能相当，抗拉强度、屈服强度均提升近40%，密度则降低34%，能够满足更复杂、更严苛的应用场景和使用环境，在航空航天、轨道交通及3C笔电领域应用前景广阔。镁合金团队将其命名为“Super stainless magnesium alloy”，简称SSMag。
致密表面膜层是关键。
镁合金团队基于前期“不锈”镁锂合金研究基础，筛选了可形成致密氧化产物膜层的化学成分，首先通过合金化元素固溶降低自腐蚀电位，然后通过形成网状和连续分布的第二相抑制α-Mg相溶解，双重作用下阻碍镁合金腐蚀，并采用微量Be、Y等元素生成能够填充镁合金表面膜层间隙的氧化物，增大致密度，提高耐蚀性，最终开发出高强高耐蚀镁合金。
该镁合金经3.5wt.% NaCl盐雾实验14天，腐蚀速率达到0.036mg/cm2/d，是普通镁合金的10-50倍，且有随腐蚀时间延长，腐蚀速率下降的趋势，与防锈铝A5052腐蚀性能相当（图3、图4），因此，由于其具有不同于普通镁合金的超高耐蚀性（Super stainless），故而镁合金团队将其命名为SSMag。
图3 不同镁合金在3.5wt.%NaCl盐雾腐蚀后的表面形貌
图4 SSMag与普通镁合金、防锈铝力学性能和腐蚀性能对比
目前，镁合金材料通常被用于中高档超轻、超薄型的笔记本电脑、数码相机、平板电脑、手机等的外壳，被主流品牌认可，且用量呈上升趋势。在轻量化要求下，轻薄笔电整机重量基本控制在1000g左右，壳体厚度都在0.4~0.6mm，传统压铸工艺已不能满足要求，因此笔电镁合金薄壁件加工主要采用薄板冲压成型，后制程主要是微弧氧化+喷漆。
然而，目前3C用镁合金存在以下几个痛点，限制了其产品在消费领域的进一步扩大应用：
1、难冲压。镁合金晶体结构为密排六方结构，对称性差，变形后微观组织和力学性能的各向异性大，如3C常用AZ31B镁合金薄板即使在高温冲压时也容易开裂，成品率不稳定。
2、表面差。镁合金易腐蚀，需要做微弧氧化+喷漆以保护基材不被侵蚀。但这样会造成镁合金外壳表现油漆感，即呈现塑料感，虽重量大幅降低，但美观性和质感无法与铝合金外壳相媲美。
3、强度低。3C常用镁合金强度较低，结构强度与A5052铝合金相当，加之其成本更高、油漆感更强，故替代优势表现不足。
4、成本高。常用镁合金在薄板轧制、冲压成型及表面处理均会产生一定比例的报废，最终成品率低至50%以下，造成成本攀升。
镁合金团队开发的SSMag，具有高强度、高耐蚀性和温间冲压成形性，能够很好的弥补3C镁合金所存在的以上不足，实现媲美铝合金表面观感的工艺效果，并因其更高的比强度，可为笔电带来进一步结构减重。SSMag用于3C笔电主要优势有下：
SSMag不锈镁合金比AZ31B具有有更好的温间冲压成形性能（图5），在同样温度和冲压参数下，SSMag成形质量更好，冲压后无任何裂纹和缺陷，且表面保持光亮，可有效降低冲压成型废品率。通过高温拉伸性能表征可以看到（图6），SSMag在250℃下拉伸时延伸率最高达到232%，约为AZ31B镁合金的3倍、AZ91D镁合金的4.5倍。
图5 SSMag与AZ31B在250℃下冲压成形对比
图6 SSMag与AZ31B、AZ91D在250℃下高温拉伸力学性能对比
SSMag不锈镁合金比AZ31B具有有更好的温间冲压成形性能（图7），在同样温度和冲压参数下，SSMag成形质量更好，冲压后无任何裂纹和缺陷，且表面保持光亮，可有效降低冲压成型废品率。通过高温拉伸性能表征可以看到，SSMag在250℃下拉伸时延伸率最高达到232%，约为AZ31B镁合金的3倍、AZ91D镁合金的4.5倍。
由于其不锈特性，能够实现阳极电泳，具有金属光泽（图8）实现高级质感；也可以通过钻石切割、透明涂装保持金属外观，呈现高光、高亮效果（图9）；还可以通过化学转化，实现高的盐雾可靠性，进而降低表面处理的成本，这都是其他镁合金不能实现的表面处理方式。
图8阳极氧电泳
图9 透明涂装-高光
综上，SSMag采用中铝轻研独特的真空高纯净镁合金制备工艺，耐腐蚀性能与防锈铝A5052相当，强度更高。而加工成形性、表面处理方式突破了镁合金限制，且充分保留了镁合金的高阻尼、低密度、高比强、高比刚度、优异的散热性和电磁屏蔽性，使其能够满足更复杂、更严苛的应用场景和使用环境，可替代现有AZ91D高强镁合金和A5052铝合金用于3C笔记电设备，产品更加耐用、可靠。
供货能力和技术水平
中铝轻研合金可根据客户需求连续批量生产多尺寸规格、不同厚度的高性能镁合金、镁锂合金等镁合金薄板的能力。公司拥有多套尖端、高效、创新的卷材生产工艺，采用先进的自动化控制系统和独特的轧制技术，可实现镁合金的120m/min的高速轧制，确保镁合金卷材的尺寸精度和表面质量，降低生产成本。并通过精确控制轧制力、轧制温度和轧制速度等参数，使得镁合金卷材的内部晶粒结构得到优化，力学性能得到显著提升。能够快速完成大批量，高品质的产品输出，满足客户的需要。
中铝轻研先后通过国军标武器装备质量管理体系、国标质量管理体系、职业健康安全管理体系、环境管理体系认证，武器装备科研生产单位二级保密资格认证，是国家工信部认定的专精特新“小巨人”企业，科技部认定的国家科技型中小企业。以国防军工中航空航天装备及零部件作为应用目标，开发高性能轻合金材料及精深加工新产品，选取超轻、高强、高模量、耐热等轻合金领域技术难度较大的合金产品作为技术产业化方向。
易腐蚀的世界难题是一百多年来一直制约镁合金发展的直接原因。如何研究开发高强度、高塑性、耐腐蚀的新型镁合金决定镁合金的发展前景，是镁合金与铝、钛、高分子等材料相竞争的关键。
2009年到2015年期间，为解决镁合金发展中存在的困境，肖阳博士团队从纯净化、低腐蚀电位微观组织设计、基体耐蚀膜层构建等方面，开展耐蚀镁合金的研究，并陆续培养了1名博士后、5名研究生。
2014年时，通过在镁合金中添加Li、Al、微量稀土Y，并经过固溶、时效、冷轧后在镁合金内部锂原子积聚形成一种均质纳米结构，在中性盐雾和盐水中做加速腐蚀试验时，锂优先氧化成Li2CO3，并与MgO和Mg(OH)2结合形成了一层氧化膜，其薄而致密、可自修复，具有类似不锈钢那样的防护特性，腐蚀速率与纯铝相当（图10），从而首次提出“不锈镁”的概念，并在中国镁业大会上做相关报道。
图10 不同镁合金在盐水腐蚀后的表面形貌
2015年将“不锈镁”部分成果，与合作者共同发表在国际顶级学术期刊《nature materials》上，该成果通过控制合金化和优化热机械加工路线，有效地设计了溶质纳米结构的镁锂合金，解释了镁锂合金中复合强化和耐腐蚀性增强的机理。这项工作为进一步修改或控制镁合金的性能提供了一个平台，并证明了生产超轻耐蚀镁合金的可能性。
图11 SSMag（左）和AZ31B（右）在3.5wt%NaCl溶液中浸泡14d的形貌对比
镁合金团队8年来持续对“不锈镁”的化学成分、制备工艺进行不断优化与迭代。2023年11月，成功开发出新型高强高耐蚀镁合金——SSMag镁合金（图11），该合金能够快速实现产业化、市场化，可为航空航天、国防军工和3C笔电等领域新材料选材提供更多选择。
未来，中铝轻研将继续致力于开发新型合金的高性能和多样化应用，积极推动中国有色合金产业的快速发展，为促进科技进步贡献力量。
原文始发于微信公众号（郑州轻研合金科技）：中铝轻研成功开发新型不锈镁“SSMag”合金——“不锈镁”走出实验室，迈向产业化市场
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