鎂 Magnesium
鎂是一種金屬元素，英文名稱：magnesium，元素符號Mg，原子序數12，屬於元素週期表上的IIA 族鹼土元素。鎂是銀白色、輕質且有延展性的金屬。密度為1.74g/cm³，熔點為650℃，沸點為1090℃。在空氣中，鎂的表層會生成一層很薄的氧化膜，使空氣很難與它反映並失去光澤。鎂是地球上儲量最豐富的輕金屬元素之一，鎂蘊藏量豐富，在宇宙中含量第八，在地殼中含量丰度2%。含鎂礦物主要來自白雲岩、菱鎂礦、水鎂礦和橄欖石等。海水、天然鹽湖水也是含鎂豐富的資源。中國是世界上鎂資源最為豐富的國家，鎂資源礦石型別全，分佈廣，儲量產量均居世界第一。鎂合金具有比強度、比剛度高，導熱導電效能好,很好的電磁遮蔽、阻尼性、減振性、切削加工性以及加工成本低和易於回收等優點，因而廣泛用於航空航天、導彈、汽車、建築等行業。
鎂的發現歷史及產業發展
【鎂的發現歷史】
- 鎂是自然界中分佈最廣的十種元素之一，但由於它不易從化合物中還原成單質狀態，所以遲遲未被科學家發現。在電池發明以後，化學家們才得到了分解活潑元素化合物的武器。利用電解的方法分離出它們的單質，它們才作為元素被確定下來。
- 1. 1755年，約瑟夫·布萊克(Joseph Black,英國)在愛丁堡確認鎂是一種元素，辨別了石灰(氧化鈣，CaO)中的苦土(氧化鎂，MgO)。
- 2. 1792年，Anton Rupprecht首次透過加熱苦土和木炭的混合物製取出不純淨的鎂金屬。
- 3. 1799年，Thomas Henry發現另一種鎂礦石叫做海泡石(矽酸鎂)，他說這種礦石在土耳其更多的用於製作菸斗。
- 4. 1808年5月，英國化學家戴維(Sir Humphry Davy,17781829)電解汞和氧化鎂的混合物，得到鎂汞齊，將鎂汞齊中的汞蒸餾後，就得到了銀白色的金屬鎂。
- 5. 1831年，法國科學家Antoine-Alexandre-Brutus Bussy使用氯化鎂和鉀反應制取了相當大量的金屬鎂。
- 鎂的名稱來源
- 鎂的英文名稱為Magnesium，它的命名取自希臘文，原意是"美格尼西亞"，因為在希臘的美格尼西亞城附近當時盛產一種名叫苦土的鎂礦(就是氧化鎂)，古羅馬人把這種礦物稱為"美格尼西•阿爾巴(magnesia alba)"，"alba"的意思是"白色的"，即"白色的美格尼西亞"。我國則根據這個詞的第一音節音譯成鎂。鎂的元素符號為Mg。
【鎂產業發展】
- 全球鎂資源儲量豐富，分佈廣泛。鎂合金具有良好的輕量性、切削性、耐蝕性、減震性、尺寸穩定和耐衝擊性等，遠遠優質於其他材料，金屬鎂及其合金在未來將有重要應用前景，世界鎂工業仍將保持快速發展，中國仍將是全球鎂主要供給國。2013年中國取消鎂和鎂合金的關稅，這對鎂合金的出口起到了極大的推動作用，國內外鎂合金應用企業也因此受益。
- 鎂合金是目前最理想的汽車及摩托車輕型結構材料，3C類產品外殼的理想材料，得益於全球汽車工業和3C等行業的轉型升級及其中國經濟地位的顯著提升，鎂合金行業令市場看好。各國對鎂合金領域的發展都十分重視，我國“十二五”鎂合金發展趨勢中提出總目標：要充分利用我國鎂資源優勢，順應節能和低碳經濟的總趨勢，以技術突破為牽引，提高鎂材料技術水平，促進我國鎂應用的發展，將資源優勢轉化為技術和經濟優勢，推動鎂合金應用快速發展 。
- 目前在業內已經有上海交大、雲海金屬等機構在加大投入研發，其中部分技術水平已經達到世界先進水平。但同時，面臨國際市場的變化莫測，中國鎂工業既面臨著機遇也面臨著考驗，根據2012年鎂工業發展報告指出當前影響中國鎂工業發展的主要問題：
- 1. 整體產業競爭力不高。鎂冶煉與加工缺少具有國際競爭力的大型企業(尤其缺少國企)。缺少先進的鎂合金產品生產的整合技術，迴圈利用技術和材料替換設計技術，單一技術很難實現產品的規模化，很難形成競爭力。
- 2. 產業集中度低。冶煉與加工企業數目多、規模小、佈局分散、技術裝備水平參差不齊，缺少專業技術人才。
鎂的用途和應用領域
【鎂產業鏈構成】
【原鎂的應用】
- 原鎂的應用主要集中在鎂合金生產，鍊鋼脫硫，還用在稀土合金、金屬還原、腐蝕保護及其他領域。很多鋼廠都採用鎂脫硫，使用鎂粒的脫硫效果比碳化鈣好；使用鎂犧牲陽極進行陰極保護，是一種有效的防止金屬腐蝕的方法，鎂犧牲陽極廣泛用於石油管道、天燃氣、煤氣管道和儲罐、冶煉廠、加油站的腐蝕防護以及熱水器、換熱器、蒸發器、鍋爐等裝置。
【鎂合金的應用】
- 鎂合金具有良好的輕量性，切削性，耐蝕性，減震性，尺寸穩定和耐衝擊性，遠遠優質於其他材料。這些特性使得鎂合金在廣泛領域都有應用，比如交通運輸領域，電子工業，醫療領域，軍事工業等，這種趨勢只增不減。尤其在3C產品（計算機類Computer、消費類電子產品Consumer Electronic Product、通訊類Communication）、高鐵、汽車、腳踏車、航空航天、建築裝飾、手持工具、醫療康復器械等領域應用前景好、潛力大，已經成為未來新型材料的發展方向之一。工信部在指定“十二五”期間支援發展的400多種新材料目錄中，與鎂相關的就有12個。
【交通運輸】
- （1）飛機
- 從20世紀開始，鎂合金就在航空航天領域得到應用。出於鎂合金可以大大改善飛行器的氣體動力學效能並能明顯減輕其結構重量，許多部件用其製作。一般航空用鎂合金主要是板材和擠壓型材，少部分是鑄件。目前鎂合金在航空的應用領域包括各種民用、軍用飛機的民動機零部件、螺旋槳、齒輪箱、支架結構及火箭、導彈和衛星的一些零部件等。隨著鎂合金生產技術的發展，效能會不斷提高，應用範圍也會不斷擴大。
- （2）汽車
- 鎂合金已被髮達國家廣泛用於汽車儀表板、座椅支架、變速箱殼體、方向操縱系統部件、發動機罩蓋、車門、發動機缸體、框架等零部件上。用鎂合金製造汽車零部件，可以顯著減輕車重，降低油耗，減少尾氣排放量，提高零部件的整合度，提高汽車設計的靈活性等。通常汽車自重每減輕10%，燃油效率可提高5.5%，廢氣排放相應減少。要使汽車輕量化，有兩條途徑：一是最佳化結構設；二是選用輕量化的材料。鋁合金、塑膠（樹脂基複合材料）、鎂合金是目前認為較為理想的三類材料。鎂合金壓鑄在所有壓鑄合金中最輕，是極競爭力的汽車輕量化材料，大量的鎂合金零部件被生產出來，以代替塑、鋁合金，甚至鋼製零件。隨著技術的發展，鎂合金在汽車領域的應用範圍會更廣。
【電子通訊】
- 電子資訊行業由於數字化技術的發展，市場對電子及通訊產品的高度整合化、輕薄化、微型化和符合環保要求越來越高。工程顏料曾作為主要材料，但其強度終究無法與金屬相比。鎂合金具有優異的薄壁鑄造效能，其壓鑄件的壁厚可達0.6~1.0mm，並保持一定的強度、剛度和抗撞能力，這非常有利於產品超薄、超輕和微型化的要求，這是工程顏料無法比擬的。
- 目前用鎂合金製作零部件的電器產品有照相機、攝影機、數碼相機、膝上型電腦、行動電話、電視機、等離子顯示器、硬碟驅動器等。以膝上型電腦、手機和數碼相機為代表的3C 產品朝著輕、薄、短、小方向發展的推動下，鎂合金的應用得到了持續增長。
- 1.膝上型電腦
- 膝上型電腦使用鎂合金作為機殼幾乎是基於鎂合金的全部優點為，防震效能提高了電腦部件的可靠執行；抗電磁波干擾和電磁遮蔽效能保證了電腦的資訊保安；優良的熱傳導性，大大地改善了電腦的散熱問題。
- 2.手機
- 手機利用了鎂合金防震、抗磨損及可遮蔽電磁波的特殊功能，又能滿足輕、薄、短、小的要求。 同時採用鎂合金外殼的手機在電磁相容性方面有了巨大提高，在減少了通訊過程中電磁波散失的同時也降低了電磁波對人體的傷害。據統計，2005 年全球生產手機4 億部，其中約10%～11%採用鎂合金機殼。
- 3.數碼相機
- 單反相機中的骨架常用鎂合金來製作，一般中高階及專業數碼單反相機都採用鎂合金做骨架，使其堅固耐用，手感好。
【醫療】
- 在醫療領域，鎂首先被作為整形外科生物材料進入，因其很多的特點和屬性，使鎂植入物及類似應用程式成為非常具有吸引力的選擇。早期，不鏽鋼、鈦合金和鈷鉻合金等 用於醫用植入金屬材料，其優勢在於其良好的耐腐蝕性，可在體內長期保持整體的結構穩定。然而，植入這些金屬材料後經過一段時間後，會讓許多患者痛苦不已。因為這些材料無法與身體融合，有害金屬離子溶出，引發人體過敏，病癒後需透過二次手術將其取出。
- 因此，能夠生物降解的醫用金屬材料就成為植入材料未來的研究與發展方向，而與人體骨骼密度最為接近的鎂合金有著獨特的優勢（鎂合金密度約為1.7g/cm³、人體骨骼密度約為1.75 g/cm³）。
- 鎂合金容易加工成形，並且具有優良的綜合力學效能以及獨特的生物降解功能，而鎂又是人體所必需的宏量金屬元素之一，因此鎂合金是醫用金屬材料的不二選擇。鎂合金的彈性模量約為45GPa，也接近於人體骨骼（10~40GPa），能有效緩解甚至避免“應力遮擋效應”；鎂合金在人體中釋放出的鎂離子還可促進骨細胞的增殖及分化，促進骨骼的生長和癒合。不僅如此，鎂合金的加工效能遠優於聚乳酸、磷酸鈣等其他型別可降解植入材料，因此其在心血管支架方面也具有臨床應用價值。
【軍工】
- 軍事裝備中使用鎂合金可以提高結構件強度，減輕裝備重量，提高武器命中率。同時，鎂合金能夠滿足航空航天等高科技領域對材料吸噪、減震、防輻射的要求，明顯改善飛行器的氣體動力學效能和減輕結構重量。因而在製造飛機和陸地車輛的櫃架、壁板、支架、輪轂，以及發動機的缸體、缸蓋箱和活塞等零件時，經常使用鎂合金，同時，鎂合金也被用於製造一些軍事裝備，例如掩體支架、迫擊炮底座和導彈等。 隨著鎂合金研究的深入及材料效能的提高, 鎂合金在兵器中的應用會越來越多。
【其他應用】
- 鎂合金在我們生活中其他的小領域也應用廣泛，比如摩托車和腳踏車應用，腳踏車是鎂合金合新的應用領域，主要用作腳踏車車架。鎂合金的優勢在於不但輕便、快速、舒適，而且有口可以使管徑變小、管壁變薄、車架更強固。用鎂合金製造的摺疊式腳踏車車架質量僅1.4kg；康復設施的代表性器械之一是輪椅，市售的輪椅按質量可分為標準型和輕量型（鋁合金或鈦合金）三種，所用的材料分別為鋼管、鋁管和鈦管。選用AZ31鎂合金製作輪椅架或除車輪外其餘部件基本上都用鎂合金製造，輪椅可減重15%左右，既輕巧又靈活。鎂合金在造船工業和海洋工程中主要用於航海儀器、水中兵器、海水電池、潛水服、犧牲陽極、定時裝置等。應用領域數不勝數，在我們的生活中扮演著重要的角色。
