鎂是地殼中分布最廣的十種元素之一，在金屬元素中位列第四（前三位分別是Al、Fe、Ca），占地殼重量的2.77%。自然界的鎂以化合態(tài)存在，含鎂礦物有200多種，主要為碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽和氧化物，海洋及鹽湖中的鎂比陸地上還多，是鎂的主要來源。海水中含鎂0.13%，鎂的總儲(chǔ)量約1.8×1015噸，每立方千米海水中有130萬噸鎂，世界上60%的鎂是從海水中提取的。著名的死海中鎂含量高達(dá)4%，按目前全球鎂的年消費(fèi)量，僅此處的鎂就夠人類用2萬年。鎂的比重是1.74g/cm3，只有鋁的2/3、鋼的1/4，鎂合金比鋁合金輕36%、比鋼輕77%。

圖5-1 海水中提取鎂的生產(chǎn)流程

人類認(rèn)識(shí)鎂的時(shí)間較早，但直到1808年才由英國的戴維用鉀還原氧化鎂制得少量鎂。工業(yè)上通過電解熔融氯化鎂或在電爐中用硅鐵還原法制取金屬鎂，前者稱熔鹽電解法，具有節(jié)能、產(chǎn)品均勻性好、易大規(guī)模生產(chǎn)、生產(chǎn)過程連續(xù)，屬能源密集型。但原料無水氯化鎂制備較難，含結(jié)晶水的氯化鎂脫水需較高溫度和酸性氣氛，發(fā)達(dá)國家80%以上的金屬鎂通過電解法生產(chǎn)。后者稱硅熱還原法。我國主要采用皮江法制鎂，屬硅熱還原法，由加拿大皮江教授研發(fā)，工藝流程包括煅燒白云石（化學(xué)成分為Ca Mg（CO3）2）、制備原料、反應(yīng)還原及最后精煉四個(gè)階段。即先將煅燒后的白云石 （含氧化鎂）和硅鐵配比磨粉，制成團(tuán)狀，然后在1150～1200℃的高溫環(huán)境及1.33～10Pa的真空環(huán)境下，在還原罐中反應(yīng)還原制得鎂蒸氣，經(jīng)冷卻凝固結(jié)晶得到金屬鎂。該法工藝流程短、設(shè)備簡單、成品鎂純度高。但熔煉技術(shù)落后、生產(chǎn)過程不連續(xù)、熱利用率低，屬勞動(dòng)密集型。

純鎂強(qiáng)度小，不適合做結(jié)構(gòu)材料，可用于生產(chǎn)鎂合金和鋁鎂合金。鎂合金是航空工業(yè)的重要材料，是替代鋼鐵、鋁合金和工程塑料的新一代高性能輕型結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于空間技術(shù)、航空、汽車和儀表等行業(yè)。著名的B-52轟炸機(jī)的機(jī)身部分就使用鎂合金板材635千克，擠壓件90千克，鑄件超過200千克。超音速飛機(jī)上約有5%的鎂合金構(gòu)件，一枚導(dǎo)彈要用100～200千克鎂合金。鋁合金中幾乎都含鎂，以鎂為主要添加劑的鋁鎂合金中鎂含量最高可達(dá)10.5%。

20世紀(jì)50年代以前，鎂主要用于軍事工業(yè)，60年代后，民用市場和空間技術(shù)的拓展，推動(dòng)了鎂的發(fā)展。隨著鎂合金在交通、電子及通信等領(lǐng)域應(yīng)用，世界鎂的消費(fèi)逐年上升。2013年全球鎂產(chǎn)量達(dá)79.2萬噸。我國是世界上最大的原鎂生產(chǎn)國和出口國，2013年原鎂產(chǎn)量76.97萬噸，消費(fèi)量35.15萬噸。

鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金，具有密度?。ā?.8g/cm3）、比強(qiáng)度和比剛度高、熱疲勞性能好、電磁屏蔽能力強(qiáng)、減振性好等優(yōu)點(diǎn)。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷及少量鋯或鎘。鑄造鎂合金目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。大部分鎂鋁合金含有8%～9%的鋁及少量的鋅和錳；鋅能產(chǎn)生一定的強(qiáng)化作用，高含鋅量的鎂鋁鋅合金具有很好的壓鑄特性；含鋯鎂合金中鋯能細(xì)化晶粒、改善拉伸性能、提高蠕變能力，以滿足航空和航天工業(yè)的需要。

鎂合金應(yīng)用時(shí)間較早。早在1936年，德國就在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)上大量采用鎂合金，他們還率先在飛機(jī)上使用鎂合金，拉開了在汽車與飛機(jī)上大量使用鎂合金的序幕。80年代后，隨著鎂合金價(jià)格下降，石油需求增加，環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻，促進(jìn)了鎂合金的開發(fā)和應(yīng)用。

鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料，其比強(qiáng)度和比剛度均優(yōu)于鋼和鋁合金，被譽(yù)為21世紀(jì)綠色工程金屬結(jié)構(gòu)材料。發(fā)達(dá)國家非常重視鎂合金在交通工具、軍事工業(yè)和3C（計(jì)算機(jī)類、通訊類、消費(fèi)類）電子產(chǎn)品方面的開發(fā)與應(yīng)用。因?yàn)槠囉?0%燃料消耗在自重上，其自重減輕10%，燃油效率可提高5%以上，自重降低100kg，百千米油耗可減少0.7L左右，年排放量減少30%以上，對環(huán)境和能源的影響非常大。因此國際上把鎂合金的使用作為汽車先進(jìn)性的標(biāo)志之一。歐洲每臺(tái)車的鎂合金用量已達(dá)到9～20kg，歐洲的汽車用鎂量占其鎂總消耗量的14%。對相同的減重質(zhì)量，商用飛機(jī)節(jié)省的燃油費(fèi)用是汽車的近百倍，戰(zhàn)機(jī)節(jié)省的燃油費(fèi)是商用飛機(jī)的近十倍，且機(jī)動(dòng)性能改善可大幅提高戰(zhàn)機(jī)的戰(zhàn)斗力和生存能力。鎂合金是武器裝備輕量化和提高武器裝備戰(zhàn)術(shù)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。3C產(chǎn)品是當(dāng)今全球發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)，近年來在其輕、薄、短、小趨勢的推動(dòng)下，鎂合金的應(yīng)用每年以20%的速度增長，引人注目。

但是，由于受到材料制備、加工技術(shù)、抗腐蝕性能及價(jià)格等因素制約，鎂合金的應(yīng)用遠(yuǎn)落后于鋼鐵和鋁合金。2012年全球鎂產(chǎn)量不到鋁產(chǎn)量的1/50，在材料領(lǐng)域中還沒有任何材料像鎂那樣，潛力與現(xiàn)實(shí)有如此大的顛倒。鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料存在的不足主要表現(xiàn)在強(qiáng)度較低、高溫性能較差和變形能力不足。目前普通鑄造鎂合金的強(qiáng)度不足300MPa，變形鎂合金的強(qiáng)度不到400MPa，而要滿足軍用裝備、飛機(jī)和汽車中主承力件的要求，需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高50%以上?，F(xiàn)有鎂合金的最高使用溫度低于250℃，不能滿足飛機(jī)和導(dǎo)彈等某些結(jié)構(gòu)件300℃左右工作的要求。大多數(shù)鎂合金伸長率不到10%，韌性差，可靠性不夠。近年來，世界能源危機(jī)與環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重，在制造業(yè)追求輕量化、節(jié)能減排的大潮中，鎂合金的潛在優(yōu)勢激發(fā)了人們對其研究和應(yīng)用的極大興趣，也刺激了鎂工業(yè)的迅速發(fā)展。隨著科技進(jìn)步和成本下降，鎂合金有可能成為繼鋼鐵和鋁合金之后的重要金屬結(jié)構(gòu)材料。

第一次世界大戰(zhàn)期間，德國已把稀土應(yīng)用于鎂合金和鋁合金，早于稀土在鋼鐵中的應(yīng)用，英國用稀土鎂合金制造渦輪。20世紀(jì)30年代，人們開始對稀土耐熱鎂合金的研究，發(fā)現(xiàn)稀土對鎂具有強(qiáng)化作用。1937年，德國的Beek和英國的Haughton等報(bào)道了Mg-Ce合金，發(fā)現(xiàn)稀土能提高鎂合金的高溫抗拉強(qiáng)度。1947年，Sauerward發(fā)現(xiàn)Zr的晶粒細(xì)化作用，為耐熱稀土鎂合金的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，開發(fā)出EK型 （Mg-RE-Zr）鎂合金，在Mg-Zn合金系中，加入稀土元素開發(fā)出ZE型鎂合金，使合金具備了較好的室溫和高溫綜合性能。1949年發(fā)現(xiàn)稀土鎂合金耐熱性能按La、Ce、Nd序列提高。1959年，Payne等發(fā)現(xiàn)銀的加入明顯改善Mg-RE合金的時(shí)效硬化特性，此后開發(fā)出QE22，QE21及EQ21等合金。1972年有研究表明，向鎂鋁合金中加入1%混合稀土可提高合金的抗蠕變性能。1979年，Drits等發(fā)現(xiàn)添加釔對鎂合金有非常有益的影響，成為開發(fā)耐熱鎂合金方面的又一重要發(fā)現(xiàn)，由此開發(fā)出一系列耐熱高強(qiáng)WE型鎂合金。90年代后將釓、鈧、釹等稀土元素加入鎂合金，又開發(fā)出一些新型鎂合金。

稀土元素中的La、Ce、Pr、Nd是最早用于Mg-RE系的合金元素，但主要以混合稀土的形式加入。研究表明，在制備過程中加入稀土元素可對鎂合金產(chǎn)生凈化作用、改善細(xì)化作用和強(qiáng)化作用。稀土氧化物比鎂氧化物致密度系數(shù)大，且稀土具有良好的合金化特性，所以在鎂合金熔煉過程中，加入適量的稀土元素，不僅具有除氫、降低氧化物夾雜、還有細(xì)化鎂合金組織、改善其高溫性能和提高耐蝕性的作用。稀土在鎂合金中的產(chǎn)生的效果可歸結(jié)為改善工藝性能、提高耐蝕性能、增強(qiáng)抗蠕變能力、提高室溫和高溫強(qiáng)度等。

稀土對鎂合金熔體有很好的凈化作用，具有除氫凈化及除氧化夾雜物的作用。由于鎂非?；顫?，易與水汽反應(yīng)，使在鎂合金液中存在較多的氫，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔、針孔及縮松等鑄造缺陷。加入稀土后，稀土元素能與水汽及鎂合金液中的氫反應(yīng)，生成高熔點(diǎn)的稀土氫化物和稀土氧化物，比重較輕的稀土氫化物和稀土氧化物上浮成固體渣，達(dá)到除氫目的。在熔煉過程中鎂合金還會(huì)產(chǎn)生氣體吸附和氧化夾雜 （如Mg O），夾雜物使合金的力學(xué)性能和耐蝕性能降低，使合金易產(chǎn)生疲勞裂紋等。稀土元素能與鎂合金中的氧、硫等元素相互作用，由于稀土元素與氧的親和力更大，稀土將優(yōu)先與氧結(jié)合而生成稀土氧化物，從而達(dá)到去除氧化物夾雜的作用。并將溶液中的鐵、鈷、鎳、銅等有害金屬夾雜物轉(zhuǎn)化為金屬間化合物除去。稀土元素不僅能減少夾雜物的數(shù)量，還能使之細(xì)化、改善其存在形式和結(jié)構(gòu)。一般來說，鑭系中從鑭到镥的化學(xué)活性逐漸減弱，輕稀土比重稀土的除雜能力要好些。

添加合適的稀土可提高鎂合金的鑄造性能，特別是流動(dòng)性。因?yàn)橄⊥猎厥潜砻婊钚栽?，能降低合金液的表面張力，還能與鎂能形成簡單的共晶體系，結(jié)晶溫度間隔小，這樣的低熔點(diǎn)共晶體系具有很好的流動(dòng)性，故能減少合金的縮松和熱裂傾向。

鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，在空氣或溶液中，表面會(huì)形成一層很薄的氧化膜，這種多孔狀的氧化膜抗腐蝕性能差，易被腐蝕。傳統(tǒng)方法是通過嚴(yán)格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ni等雜質(zhì)元素的含量或通過對鎂合金進(jìn)行表面處理進(jìn)行解決。在鎂合金中添加稀土元素，可細(xì)化合金組織，促進(jìn)合金表面氧化膜由疏松變?yōu)橹旅埽行Ц淖兒辖鸶g層結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化陰極相控制，影響合金腐蝕的電化學(xué)過程，降低合金在液態(tài)和固態(tài)下的氧化傾向，從而提高鎂合金的耐蝕性能。在石油化工中，由于鎂對燃料、礦物油和堿等具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，阻燃耐蝕稀土鎂合金可用來制造貯存和運(yùn)送這類液體的導(dǎo)管、箱體和貯罐。稀土鎂合金良好的生物相容性和無毒性有望用作為人工骨接材料，代替現(xiàn)有金屬夾具。

為了尋找用于航空、火箭的新型合金，人們對鎂-稀土合金進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究表明，釔是提高鎂合金力學(xué)性能的優(yōu)良添加劑，它可以使合金的枝晶組織細(xì)化，合金斷口纖維組織比率和合金塑性提高。在稀土鎂合金的開發(fā)過程中，釔備受人們關(guān)注。前蘇聯(lián)最早發(fā)現(xiàn)含釔10%的鎂合金可在260℃下使用，含釔9%、鋅1%的鎂合金具有高耐熱性和抗腐蝕穩(wěn)定性，他們開發(fā)的含釔耐熱鎂合金耐熱溫度達(dá)到370℃。為了滿足宇航方面需求，又系統(tǒng)研究了Mg-RE-Zr系合金，開發(fā)耐高溫抗蠕變的MCZ（Mg-3%RE-0.7%Zr）合金，隨后又開發(fā)了Mg-Nd系合金 （Mg-2.3%Nd-0.6%Zr），在添加少量的Zn后，合金在250℃時(shí)具有高的抗蠕變性能。英國研發(fā)了一系列高溫下具有高強(qiáng)度及高蠕變性能的含Nd、Y的WE型鎂合金，如WE54、WE43合金，使用溫度達(dá)到250℃。B.L.Mordike等研究了Mg-Y-Zn-Zr、Mg-Zn-Y、Mg-Y-Zr等幾種典型抗蠕變稀土鎂合金，發(fā)現(xiàn)稀土元素Y具有較好的強(qiáng)化效果，并指出WE系合金是比較理想的抗蠕變鎂合金的基體合金系。

目前含稀土鑄造鎂合金已占牌號總數(shù)的50%以上，其中90%的耐熱鎂合金中含有稀土。稀土元素是改善鎂合金高溫力學(xué)性能的重要元素，其主要作用機(jī)制是稀土元素使晶界和相界擴(kuò)散滲透性減少，使相界的凝聚作用減慢，且第二相在整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)始終是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的有效障礙，稀土元素可減少金屬表面氧化物缺陷。稀土元素能在晶界生成高熔點(diǎn)化合物對晶粒起釘扎作用，提高合金的高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。蠕變是指材料在外界載荷不變的情況下，變形程度隨時(shí)間增加的現(xiàn)象。稀土元素在鎂基體中具有較大的固溶度，且隨溫度的下降，其固溶度也下降，能與Mg形成時(shí)效型合金。稀土元素與鎂之間能形成共晶反應(yīng)，晶間熱穩(wěn)定性高的化合物的存在使Mg-RE合金即使在200℃～250℃時(shí)仍具有良好的抗蠕變性能。通過稀土元素的固溶強(qiáng)化和鎂-稀土化合物晶界強(qiáng)化的共同作用，稀土元素與鎂形成的化合物分布在鑄態(tài)組織晶界并在擠壓后沿?cái)D壓方向分布，能提高鎂合金的高溫力學(xué)性能。但不同的稀土元素對合金的高溫力學(xué)性能有不同影響。稀土元素如Y、Sc、Gd在耐熱鎂合金中的作用研究取得了一些突破性進(jìn)展，已開發(fā)出多種稀土耐熱鎂合金系列，如Mg-Al-RE系、Mg-RE-Zr系、Mg-RE-Zn系、Mg-RE-Ag系、Mg-Y-RE系、Mg-Nd-Zn-Zr系等。

提高鎂合金的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度是其研究開發(fā)中必須解決的重要問題。大部分稀土元素與鎂的原子尺寸接近，在鎂中有較大固溶度，具有良好的固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化作用。稀土元素還有很好的時(shí)效強(qiáng)化作用，可析出非常穩(wěn)定的彌散相粒子，也能大幅度提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變能力。稀土釹在鎂合金中有顯著的強(qiáng)化效果，將釹加入到鎂合金中能強(qiáng)化合金的基體，使鑄件組織致密，還能使合金的耐熱強(qiáng)度提高。含釹的WE52 （5%Y-2%Nd-2%重稀土-0.4%Zr）是一種重要的高強(qiáng)度稀土鎂合金。稀土元素Gd、Y具有良好的時(shí)效強(qiáng)化作用，在鎂合金中加入Gd和Y，能明顯提高鎂合金的強(qiáng)度，有關(guān)這方面的研究很多。2001年日本的河村能人等通過快速凝固粉末冶金法制備的Mg97Y2Zn1合金，具有100nm～200nm的微細(xì)結(jié)構(gòu)，屈服強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到610MPa和5%，該合金具有極高的強(qiáng)度和延展性，強(qiáng)度約為超級鋁合金的三倍，據(jù)稱是目前世界上強(qiáng)度最高的鎂合金。深入研究發(fā)現(xiàn)該合金中含有一種新穎的長周期有序相 （LPSO）的微觀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使這種合金表現(xiàn)出很多優(yōu)異的性能。弄清楚稀土元素強(qiáng)韌化的微觀機(jī)理和研發(fā)高強(qiáng)度高韌性稀土鎂合金是鎂合金研究中的熱點(diǎn)。

鎂合金在熔煉和澆鑄過程中極易發(fā)生劇烈的氧化燃燒，鎂與氧反應(yīng)生成的表面Mg O膜，致密度系數(shù)小于1，疏松多孔，不能有效阻止氧穿透該氧化膜，且Mg O的導(dǎo)熱系數(shù)小，不利于熱量擴(kuò)散，會(huì)加劇鎂的氧化和燃燒。常用的阻燃方法是熔劑保護(hù)法、SF6等氣體保護(hù)法和合金化阻燃。稀土元素有提高鎂合金阻燃性能的作用，且隨著稀土加入量的增加而提高。原因是稀土作為表面活性元素，富集于鎂合金表面，阻礙了鎂與氧的接觸。稀土元素能與氧發(fā)生反應(yīng)或與Mg O發(fā)生置換反應(yīng)生成稀土氧化物RE2O3，稀土氧化物的致密度系數(shù)大于1，能有效阻止氧穿透氧化膜與鎂反應(yīng)。稀土的加入不僅能在鎂合金的熔煉過程中起到阻燃作用，在后續(xù)的澆注、熱處理等過程中也能抑制鎂的燃燒。實(shí)驗(yàn)表明，隨著合金中Ce含量的增加，鎂合金的起燃溫度也逐漸升高。當(dāng)添加Ce含量為0.5%時(shí)，起燃溫度為668℃，Ce含量達(dá)到1%時(shí)，起燃溫度為724℃。國內(nèi)研發(fā)的Mg-Be-RE稀土鎂合金，其著火點(diǎn)可提高250℃，且力學(xué)性能與AZ91D相當(dāng)，是一種很實(shí)用的阻燃鎂合金。據(jù)說日本的河村能人開發(fā)的 “KUMADAI不燃鎂合金”在溫度超過純鎂的熔點(diǎn) （1091℃）后，雖已熔化沸騰，仍不會(huì)燃燒。

鈧是最輕的稀土元素，其應(yīng)用自然會(huì)受到重視。J.Grobner等人對Mg-Mn-Sc合金系的高溫性能做過研究，研究表明合金在溫度升高時(shí)，合金蠕變性能較好，合金Mg Mn1Sc15和Mg Mn1Sc6就具有很好的高溫蠕變性能，在350℃時(shí)，其蠕變性能是目前性能最好的商業(yè)鎂合金WE43合金的100倍。但是采用Sc成本高，通過選擇加入Gd、Y或Zr，減少Sc的含量，以節(jié)約成本。B.L.Mordike等在Mg-Y合金中加入Sc和Mn開發(fā)出抗蠕變性優(yōu)于WE43合金的Mg-4Y-1Sc-1Mn合金。德國研究人員試制出了Mg-Sc-Mn的新型耐熱合金。Buch發(fā)現(xiàn)Sc和Mn原子結(jié)合生成Mn2Sc化合物，具有極強(qiáng)的退火效應(yīng)，而使該系合金具有很好的蠕變性能。

Mg-Li合金是最輕的合金材料，密度一般為1.35～1.65g/cm3，被稱為超輕合金，在共晶成分范圍具有極優(yōu)的變形性能和超塑性。RE加入后，通過固溶強(qiáng)化和形成細(xì)小彌散的金屬間化合物而提高M(jìn)g-Li合金的力學(xué)性能，還可以提高合金的再結(jié)晶溫度，并促進(jìn)Mg-Li合金的時(shí)效硬化。Mg-Li合金具有很高的強(qiáng)度、韌性和塑性，是航空航天領(lǐng)域最有前途的材料，如座艙架、座椅、輪轂、吸氣管、導(dǎo)彈艙段、避板、副蒙皮、直升機(jī)上機(jī)匣等都用Mg-Li合金制作。

在軍工方面，稀土鎂合金的出現(xiàn)，使鎂合金的應(yīng)用得到迅速發(fā)展。航空航天領(lǐng)域?qū)辖鸶邷亓W(xué)性能及合金高溫性能的要求使稀土鎂合金在此領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。稀土鎂合金比強(qiáng)度較高，對減輕飛機(jī)重量，提高戰(zhàn)術(shù)性能具有重要意義。以釹為主要添加元素的ZM6鑄造鎂合金已擴(kuò)大用于直升機(jī)后減速機(jī)匣、殲擊機(jī)翼肋及30k W發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子引線壓板等重要零件。QE22A合金廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈部件的生產(chǎn)，如美洲虎攻擊機(jī)的座艙蓋骨架，超黃蜂直升機(jī)的前起落架外筒和輪轂等。我國研制的稀土高強(qiáng)鎂合金B(yǎng)M25已代替部分中強(qiáng)鋁合金，在殲擊機(jī)上獲得應(yīng)用。MB26富釔鎂合金用于國產(chǎn)殲7和轟炸機(jī)的受力構(gòu)件。稀土高強(qiáng)鎂合金在強(qiáng)擊機(jī)上獲得應(yīng)用，WE43、WE54用于新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱和直升機(jī)變速系統(tǒng)，EQ、EZ系列合金應(yīng)用于飛機(jī)部件如座椅、踏板、輪子等。

稀土鎂合金的發(fā)展與新工藝的應(yīng)用是密不可分的?？焖倌淌亲钚掳l(fā)展起來的一類制備高性能材料的先進(jìn)技術(shù)，其原理適用于改進(jìn)鎂合金的力學(xué)性能，該技術(shù)在稀土鎂合金領(lǐng)域的應(yīng)用，為提高鎂合金性能、拓寬應(yīng)用提供了新的途徑，使鎂合金的開發(fā)進(jìn)入一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。由于冷卻速率相當(dāng)快，可獲得在傳統(tǒng)鑄造工藝條件下得不到的鑄件成分、相結(jié)構(gòu)，如晶粒細(xì)小、無偏析、過飽和固溶、亞穩(wěn)相、化合物細(xì)小彌散等。研究表明，對AZ91合金，快速凝固合金抗拉強(qiáng)度提高40%～60%，屈服強(qiáng)度提高50%～100%，壓縮屈服強(qiáng)度提高45%～230%，壓縮屈服強(qiáng)度與拉伸屈服強(qiáng)度之比CYS/TYS≥1.1，伸長率可高達(dá)22%，大氣腐蝕行為與鋁合金20142T6相當(dāng)。在該類合金基礎(chǔ)上加入3%～5%稀土元素，可產(chǎn)生附加彌散硬化效應(yīng)，降低腐蝕趨勢，并進(jìn)一步提高合金的抗蠕變能力。以稀土元素為主的霧化噴射沉積Mg-Nd-Pr-Mn合金在室溫及高溫下均具有優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度和耐蝕性。采用快速凝固技術(shù)對開發(fā)優(yōu)質(zhì)含稀土的鎂合金有巨大的潛力。

20世紀(jì)90年代以來，全球掀起了鎂合金開發(fā)應(yīng)用的熱潮，鎂合金正成為繼鋼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被譽(yù)為 “21世紀(jì)綠色工程材料”。世界鎂產(chǎn)業(yè)以每年15%～25%的幅度增長，這在近代工程金屬材料的應(yīng)用中是前所未有的。但當(dāng)前鎂合金材料生產(chǎn)量很小 （僅為鋁的1%），應(yīng)用還很有限，這與鎂合金的優(yōu)異性能極不相稱，所以加強(qiáng)高性能稀土鎂合金的研究和應(yīng)用開發(fā)是目前最為迫切的課題。目前國外對稀土鎂合金研究較多的是美國、歐洲、日本及俄羅斯。

美國對鎂合金材料投入大量的研究，在汽車、航空航天領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的新材料研制與推廣應(yīng)用工作。他們開發(fā)AE系列鎂稀土壓鑄合金，將WE系列合金大規(guī)模投入應(yīng)用，在高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金研究與應(yīng)用方面始終領(lǐng)先。

歐洲的稀土鎂合金研究最為活躍，開發(fā)了許多應(yīng)用型稀土鎂合金。含銀富釹稀土QE22A合金廣泛用于飛機(jī)、導(dǎo)彈。WE系列合金的強(qiáng)度性能超過其他稀土鎂合金、高溫強(qiáng)度甚至比高溫鋁合金RR350的穩(wěn)定性還好，已經(jīng)用于賽車及航空。當(dāng)前正在進(jìn)行Mg-Gd合金、Mg-Tb合金、Mg-Sc-Mn等新型稀土鎂合金研究。歐洲在稀土鎂合金基礎(chǔ)研究及在汽車、航空航天工業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)屬世界領(lǐng)先。

日本緊隨歐美步伐，相繼仿制出與歐美最新研究成果大致相同的MC8（EZ33A）， MC9（QE22A），MC10（ZE41A）等稀土鎂合金，對汽車用稀土壓鑄鎂合金的研制表現(xiàn)相當(dāng)積極。

俄羅斯主要沿襲前蘇聯(lián)的鎂合金發(fā)展體系，曾研制出早期飛機(jī)艙蓋用Mл7及大量用于米格23飛機(jī)的Mлl0稀土鎂合金。含釔的變形鎂合金B(yǎng)Mлl0和含釔、釹的鑄造鎂合金B(yǎng)Mлl4已廣泛用于俄羅斯的航空航天及軍事工業(yè)。與鋁合金結(jié)構(gòu)相比，這些鎂合金的應(yīng)用可降低結(jié)構(gòu)重量的25%～50%。

由于稀土鎂合金的成本較高，早期主要用于航空航天領(lǐng)域，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，更高性能的稀土鎂合金不斷出現(xiàn)并被應(yīng)用，航空工業(yè)是稀土鎂合金發(fā)展的第一推動(dòng)力。

通過加入稀土元素，能顯著提高鎂合金的強(qiáng)度和耐熱溫度，國外已將耐熱稀土鎂合金應(yīng)用到飛機(jī)蒙皮、導(dǎo)彈艙體、衛(wèi)星空間結(jié)構(gòu)件、飛船框架、發(fā)動(dòng)機(jī)引擎蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體和變速箱殼體等零部件上。

由于稀土鎂合金各項(xiàng)性能特別是耐熱性能優(yōu)異，蘊(yùn)含著巨大的應(yīng)用潛力，隨著稀土鎂合金價(jià)格的不斷下降，稀土鎂合金開始向民用方向發(fā)展。民品應(yīng)用開發(fā)方面，在交通工具上廣泛使用鎂合金，而稀土鎂合金的應(yīng)用使產(chǎn)品的開發(fā)范圍大大拓寬。

為減輕汽車重量以降低油耗，順應(yīng)環(huán)保型汽車對材料可回收性的要求，稀土鎂合金在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、變速箱殼、舵桿件、氣缸蓋、支撐柱等部件中得到越來越多的應(yīng)用，開發(fā)耐高溫鎂合金越來越受到人們的重視，Drits等開發(fā)的一系列耐熱高強(qiáng)WE型鎂合金，因其良好的力學(xué)性能已廣泛用于賽車。樂觀估計(jì)認(rèn)為，出于減重的需求，每輛汽車對鎂的需求將提高到70～120kg。

在國防建設(shè)和軍事科技方面，鎂所具有的輕質(zhì)特性決定了鎂合金是生產(chǎn)航天器、軍用飛機(jī)、導(dǎo)彈、高機(jī)動(dòng)性能戰(zhàn)車、船舶等必不可少的結(jié)構(gòu)材料，大力拓展鎂合金的應(yīng)用范圍是國防現(xiàn)代化的需要。現(xiàn)代戰(zhàn)爭需要軍隊(duì)具有遠(yuǎn)程快速部署運(yùn)動(dòng)的能力，輕量化是提高武器裝備作戰(zhàn)性能的重要方向，要求在手持式武器、裝甲戰(zhàn)車、運(yùn)輸車、航空制導(dǎo)武器上大量采用輕金屬材料。鎂合金是減輕武器裝備質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)武器裝備輕量化，提高武器裝備各項(xiàng)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。這方面高性能稀土鎂合金材料大有可為。

我國有豐富的稀土和鎂資源，是稀土和鎂資源儲(chǔ)備、生產(chǎn)、出口的第一大國，研究開發(fā)稀土鎂合金具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。以前高性能的稀土鎂合金主要用于航空航天、導(dǎo)彈等軍工領(lǐng)域，近年來，鎂合金及鎂基復(fù)合材料已逐步在武器和彈藥上得到成功應(yīng)用，發(fā)展十分迅速。如何合理利用稀土資源，開發(fā)含稀土的高強(qiáng)、耐熱、耐蝕性能鎂合金，不但能進(jìn)一步增加鎂合金材料在航天航空、汽車、通訊電子、國防軍事等行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，也能促進(jìn)鎂合金材料在新領(lǐng)域中的進(jìn)一步開發(fā)和利用，為稀土材料的應(yīng)用開辟更為廣闊的天地。