镁锂合金在航天军工的应用现状

镁锂合金在航天军工的应用现状

毛宏玉

一、镁锂合金介绍

1.1镁锂合金特性

镁锂合金是迄今为止密度最小的合金材料。目前国内外在用的镁锂合金密度为1.3-1.65g/cm3，是所有金属结构材料中最轻的，它比普通镁合金轻1/4-1/3，比铝轻1/3-1/2。与其他金属结构材料相比镁锂合金的比强度在所有金属结构材料中最高，且具有良好的减振能力、良好的电磁屏蔽性以及低的缺口敏感度，因金属结构的改变，镁锂合金变形能力与镁合金相比得到了极大的提高，其热加工成品率可达到90%以上，在加工过程中产品变形量明显优于镁合金及铝合金产品，这使得镁锂合金成为航天、航空等领域最理想且有着巨大发展潜力的结构材料之一。

1.2镁锂合金产业化情况

我国在20世纪80年代开始研究镁锂合金，在这一时期，我国掀起了研究镁锂合金的热潮，东北大学、哈尔滨工程大学、上海交通大学、西安交通大学、重庆大学、山东工业大学、北京航天航空大学、中南大学、中国科学院沈阳金属研究所等数十家大学和研究机构开展了相关技术的研究开发，为我国超轻镁锂合金的发展奠定了基础。但受制于国内镁锂合金基础研究较为薄弱的问题，镁锂合金的产业化一直止步不前。

二、超轻镁锂合金的开发

2.1 西安某超轻材料有限公司及其镁锂合金产品发展概况

自2008年开始，西安某超轻材料有限公司与西安交通大学进行产学研合作，依托高校科研实力，在柴东朗教授的带领下，专注于镁锂合金的研发与生产。现已开发出拥有自主知识产权、技术处于国际先进水平的三个牌号的超轻镁锂合金——LA43M、LA103M和LA103Z 系列，且已正式批准为镁锂合金铸锭国家标准，填补了国内空白。与国外镁锂合金相比具有优良的力学性能、较高的抗腐蚀性能、较低的密度等优点。

表1. 与国外镁锂合金主要性能对比表

2011年，经陕西省发改委批准，以西安四方超轻材料有限公司为主体，与西安交通大学苏州研究院、西安交通大学航天航空学院、

中国空间**院西安分院、航天**所，建成了“陕西省镁锂合金工程研究中心”。同年经西安市发改委批准，建成了“西安市特种镁锂合金工程实验室”。2012年四方超轻通过了ISO9001国际质量体系认证，2013年被认定为陕西高新技术企业，2014年取得了军工三级保密资格证书。公司研制的超轻镁锂合金材料被中国产学研合作促进会授予“2013年中国产学研合作创新成果奖”。荣获2014年举办的首届“长安银行杯”陕西省科技创新创业大赛暨第三届中国创新创业大赛（陕西赛区）新材料组前五名。

2013年我国开始起草《镁锂合金铸锭》国家标准，已于2016年底正式发布。国家军用标准《镁锂合金锻件》及《镁锂合金棒材、管材规范》已完成报批稿， 2019年年底发布。2015年，经过航天科技中科院上海等单位长时间的考察及生产的镁锂合金材料进行了四年多的基础性能研究，通过了各项物理性能、力学性能、真空挥发性能、辐照性能、耐腐蚀性能等各种性能考核，现已将入了合格供方目录，已成功应用于某卫星并且成功发射。

经过多年的试验与摸索，我国企业开发出了LA43M、LA103M、LA103Z三种新型镁锂合金材料，它与国内外镁锂合金相比具有优良的力学性能、较高的抗腐蚀性能、较低的密度等优点。经过航天系统对我公司长时间的考察及对我公司生产的镁锂合金材料进行了四年多的基础性能研究，通过了各项力学性能、真空挥发性能、辐照性能、耐腐蚀性能等各种性能考核，并与国内其它生产厂家的镁锂合金进行综合比较后最终将我公司列入了合格供方目录，并已成功应用于浦江

一号卫星并已成功发射。

该公司研制的镁锂合金材料通过了国防科学技术成果技术鉴定，鉴定委员会一致认为我国生产的镁锂合金较大的提高了镁锂合金材料的综合力学性能和冷热变形能力，该材料的总体技术水平达到国际先进水平（鉴字【2009】第016号）。

三、镁锂合金国内应用情况：

西安某超轻材料有限公司研发生产的镁锂合金，开创了镁锂合金在我国航天领域的应用先河，得到了航天航空及军工企业的肯定，特别在航天*院、航天*院、中科院等单位已取得了良好的效果，典型航天产品应用如下：

3.1 高分**卫星（中科院**研究院，2016年12月22日）：

中科院**研究院2015年开始使用LA43M的镁锂合金产品进行高分微纳卫星的初样生产、正样生产，产品先后进行了振动试验、空间试验等考核，均取得了良好的效果。其主要产品见图1-4：

图1 底板图2 侧板

主要单机配套单位为：上海**研究所、烟台**所等单位。配套单位结构件均使用镁锂合金材料生产

3.2 北京**研究所将牌号LA43M的镁锂合金应用于相机结构中，采用了镁锂合金制作了相机整个结构件,即将上星相机为**相机。

3.3 山东**研究所将牌号为LA43M的镁锂合金应用于GPS框、计算机框、PIU框、GPS板FPGA散热片、载荷模块散热片、压条等

部位。

3.4 通信**卫星三号（2018年12月24日升空）

3.5 深圳****卫星有限公司2016年使用了360kg镁锂合金产品用于整颗卫星结构件，主要结构件见下图。

3.6 西安**技术研究所将镁锂合金应用于铷钟壳体等结构中目前5**所正在设计镁锂合金支架及底板等结构件。

3.7 北京卫星***自2012年起已将我公司材料应用于其多项产品中，2015年尝试将镁锂合金材料应用于二次电源设计中；自2016年起，5**9厂采购镁锂合金棒材用于**星探测预埋件产品，正在设计空间站镁锂合金支架等结构件。

3.8 中科院**研究所将镁锂合金应用于***星探测中的光谱仪结构件中及部分框架结构。

3.9 九院**所将镁锂合金应用于惯导盖板、面板、激光陀螺壳体等结构中。

3.10 上海**研究所应用于电源支架、框架、壁板等部位,目前812所使用的镁锂合金结构件已在多颗卫星中使用；

3.11 西安光学****研究所应用于单机框、盖、罩等部位；

3.12 2012年航天*院开始对镁锂合金品开展论证与攻关工作，共开展了镁锂合金加工技术、表面处理技术、产品应用领域、空间环境试验等多方面的论证与攻关，从而确定了高轨卫星——“****卫星三号”局部范围使用镁锂合金。在此期间为论证产品在空间环境中的工作可靠性，首先在2015年8月成功发射的“**一号”卫星上试用了

镁锂合金。

主要使用单位：上海**材料科技有限公司、上海**测控通信研究所、上海航天**总厂、上海**研究所、上海卫星**研究所、**航天电子技术研究所等单位。主要应用产品为：支架、埋件、雷达、数传、部分电子箱体、电源壁板等领域产品。。

3.13其它航天单位应用情况：

在2010年-2019年多家采购镁锂合金原材料自行加工零件，故以上单位应用镁锂合金材料部位无具体信息。

四、我国国产镁锂合金生产能力及产品规划：

西安*超轻材料有限公司自2010年开始量产镁锂合金以来，目前经过多年的发展已形成年产300T镁锂合金的产能，主要生产设备有20kg真空中频炉、100kg真空中频炉、500kg中频炉各一台，500T 挤压机、1500T挤压机各一台及加工设备、退火炉设备等多台设备，目前已形成年产300T镁锂合金的规模，以下主要生产设备：

20kg真空中频炉500kg中频炉

1500T挤压机100kg真空中频炉目前正在新上一台500kg真空半连续中频炉用于镁锂合金军品

任务的生产，建成后可年产500T高品质镁锂合金。

目前正在依托陕西省镁锂合金工程中心新建研发中心及检测中心，建成后将成为陕西省乃至全国范围内的唯一一个镁锂合金研发中心及检测中心。

目前除LA43M、LA103Z、LA103M等国产镁锂合金材料及产品生产外，我国已经研制成功LZ91M、LA141等镁锂合金，为中**单位研发了高腐蚀性镁锂合金L14M。我国正在研发MG-1、Mg-2等高导热性镁合金。

模锻镁锂合金预埋件冷镦镁锂合金预埋件

经过多年的应用与研究，我国现有企业可提供镁锂合金最终的生产产品和完整的技术服务，涵盖镁锂合金选型、加工、表面处理、深加工等领域，始终坚持为航天、航空等军工用户提供优质的镁锂合金产品及服务。