上海交大科研团队突破镁合金性能瓶颈 更轻更便宜更耐腐蚀

我国镁资源丰富，产量占全世界80%，是我国为数不多具有自主可控话语权的战略性金属资源。镁是目前可用的最轻的金属结构材料，密度比铝合金小30%，只有钢的1/5，镁具有高比强度、高比刚度、优异的减震、电磁屏蔽性能，易于回收等诸多优点，在汽车、高铁、3C、通信、航空、航天、武器装备等领域有着重要的轻量化应用潜力。当前世界各国高度重视镁合金材料的发展。例如，欧盟将镁列为30种关键基础材料之一。但是，镁合金化学性质活泼、表面氧化层疏松多孔导致的耐蚀性差，已经成为制约其大规模应用的阿喀琉斯之踵。

上海交通大学丁文江院士、曾小勤教授领衔的上海镁材料及应用工程技术研究中心团队，多年来一直在探索镁合金新材料研发的无人区，不断突破镁合金性能瓶颈，曾获得“2020年国家技术发明一等奖”、两次获得“中国有色金属工业科学技术一等奖”等多项国家级、省部级大奖。近年来，团队将人工智能高通量计算与材料基因工程技术相融合，提出了“降低电位差，抑制阴阳极”的不锈镁设计模型，实现了低电位差合金相高通量筛选和不锈镁成分优化设计，相较于传统基于经验试错的开发方法，研制周期和费用减少了五分之四。

团队基于溶度积理论建立了腐蚀反应热力学/动力学方程，阐明了镁合金表面自钝化膜生长的热动力学机制;提出了“促进非晶自钝化膜”的不锈镁合金设计新思路，发现了镁合金快速沉积的关键参数，揭示了不锈镁表面自钝化膜的结构和生长行为，阐明了表面膜层非晶化的动态抗蚀新机制，实现了镁合金在酸性盐雾条件下的高耐蚀和稳定性。并在该理论体系指导下，通过对3万种镁的多元化合物的高通量筛选，成功研制了数款铸造和变形不锈镁合金材料，最优的耐盐雾腐蚀速率低于0.038mg/cm2·day，仅为传统镁合金的百分之一，耐蚀性优于5083船用防锈铝水平，取得了全球镁合金研究历程上里程碑式的重大突破，相关学术成果在顶级刊物《Nature Communications》发表(该领域第一篇被接收的论文)。

该团队不锈镁技术现已申请17项发明专利，发布4项企业标准和2项团体标准。团队已同华为、比亚迪、吉利、上汽、一汽、荣耀、联想、中兴、OPPO等众多汽车、3C和通信领域的行业巨头开展深度产学研合作，采用“材料成分+组织结构+成型工艺”相结合的开发模式，切实推动各行业零部件的轻量化、集成化和轻薄化设计和制造，有力地支撑了制造业新质生产力的构建。例如：携手联想集团及产业链上下游各环节合作伙伴，在不到两年的时间内，解决了材料制备、零件成型、高光处理、过程防腐、精致涂装等全系列工艺流程的技术难题后，开发出全球首款高亮不锈镁合金笔记本电脑“ThinkBook X 2024 AI”，解决了困扰3C行业多年的镁合金做外观件无法呈现时尚金属光泽的难题，一举斩获“2024年国际镁协(IMA)优秀奖——变形加工产品类”唯一大奖。同比亚迪合作开发中的新一代不锈镁合金电机壳体，相比传统铝合金壳体将减重30%等。

不锈镁合金系列成果的成功研制及应用推广，标志着我国在镁合金新材料的开发源头上已经占领了全球制高点，材料核心竞争力和技术创新能力已得到大幅提升。