本文介绍了中国镁合金冶炼、生产和科学研究发展历程，包括医用镁合金的研究和学术活动情况，提出了镁合金下一步发展的建议。

    镁合金发展历程

    鉴于我国丰富的镁资源储量和环境保护对汽车轻量化的要求，2000年7月，师昌绪、李恒德、王淀佐、李依依、左铁镛5名院士共同联名向科技部提交“加速我国金属镁工业发展的建议”。中国镁合金产业经历由小到大的过程，是目前世界上最大的镁生产国和出口国，占全球镁生产能力的 3/4，产量的 2/3。中国镁合金及医用镁基础研究在国际上的影响日益增强，已经聚集了世界上最庞大的镁合金科研队伍和一批具有国际影响力的研究团队。

    发展历程

    1957 年抚顺铝厂镁分厂建成，我国镁生产已有 60 年历史。前 30 年只此一家镁厂，采用菱镁矿氯化电解法生产工艺。20 世纪 60 年代中期至 80 年代中期，曾进行盐湖水氯镁石电解法和以白云山为原料的硅热法炼镁工艺研究。1985 年以来，皮江法工艺在我国得到快速发展，开始出口金属镁。1986 年青海民和镁厂半连续硅热法炼镁工艺改造为菱镁矿颗粒氯化电解法；1992 年青海民和镁厂开始利用青海盐湖光卤石制镁。1996 年底，全国大、中、小镁厂已达 500 余家，总产能 12 万吨，其中皮江法镁厂产能占 90%。由于无序竞争，西方对中国镁产品制裁，许多镁厂倒闭。1998 年 8 月抚顺铝厂镁分厂停产。1999 年镁产量达 12 万吨，首次超过美国成为世界上最大镁生产国。2001 年硅热法镁厂幸存120 家。2003 年民和镁厂停产。2011 年6 月青海盐湖工业股份有限公司等十四家股东共同出资组建青海盐湖镁业有限公司，启动金属镁一体化项目，年产 10万吨金属镁，从加拿大引进电解法全套设备，利用盐湖光卤石电解制镁，2016年底工艺流程全部打通。

    学术交流

    1980 年 10 月下旬 301 所组织召开了镁合金铸造新技术推广应用及技术攻关座谈会。会议交流了镁合金无熔剂熔炼和镁、铝合金铸造用冷硬树脂砂研究与试用的情况与经验。1982 年 6 月11 ～ 15 日，航空工业部在长沙召开无熔剂熔炼铸造镁合金新工艺技术鉴定会，与会有 24 个单位的 68 名代表。自2001 年起，中国镁协每年组织召开全国镁行业年会。2001 年 8 月“十五”国家科技攻关重大项目“镁合金开发应用及产业化”正式启动。2001 年 11 月 10日在北京长城饭店中国有色金属工业协会、国际镁业协会、日本镁业协会、国家科技部高新技术及产业化司等联合举办了“2001 年中国国际镁业研讨会”，共 有 21 个 报 告。2001 年 11 月 22-24日在北京召开了国际会议“SinomagMagnesium Seminar”（盛盈合镁合金及应用国际研讨会），共有 18 个报告。2003 年 10 月 20 日“全国镁开发应用工作会议暨产业发展研讨会”在重庆召开；2004 年 6 月中国镁协在北京召开了“中国镁业发展高层论坛”，并颁发了中国镁协专家证书。 2007 年上海市电子学会举办了 2007 中国国际工业博览会科技论坛“镁合金表面技术研讨会”，共有 10 个邀请报告。

    我国自 2004 年举办首次中国国际 镁 会 议（International Conferences onMagnesium）（表 1），至今已在北京、重庆、青岛和贵阳成功举办六届。主题涉及原镁生产和市场、循环利用、环境问题、合金发展、相变、制造工艺、机械和物理性能、铸造和变形合金、焊接和连接、腐蚀和表面处理、应用等。由于中国国际镁会与中国材料周其它会议同期举行。有关生物医用镁报道，大多在生物材料分会。2013 年第 5 届仅有 3个生物镁合金报道。

    图1 镁合金腐蚀机理及高性能镁合金设计战略研讨会（右五：丁文江院士）（图由上海交通大学材料科学与工程学院提供）

    全国镁合金青年学术会议，第一届（2015）和第二届（2016）分别由哈尔滨工程大学和重庆大学举办。第三届（2017）将在南昌大学举办。2016 年 8月 24-26 日，在国家自然科学基金委的支持下，上海交通大学和西安交通大学共同举办“镁合金腐蚀机理及高性能镁合金设计战略研讨会”（图 1）。2016年 9 月 6-8 日镁及镁合金国际标准化技术委员会（ISO/TC79/SC5）主席潘复生教授在上海主持中国材料研究学会镁合金分会理事会暨全国镁及镁合金国际国内标准工作会议。

    2016 年 8 月 22 日，习近平总书记到青海盐湖工业股份有限公司考察，了解镁合金材料情况，指出一定要搞好“镁合金一体化项目”。2016 年 10 月25-27 日，先进镁合金产学研联盟组团考察了青海盐湖工业股份有限公司；在青海西宁参加了先进镁合金产学研联盟研讨会暨战略合作协议签订仪式。国家自然科学基金委工程与材料学部主任、青海大学校长王光谦院士，上海交通大学材料科学与工程学院丁文江院士、国家自然科学基金委工程与材料科学部材料科学一处郑雁军处长以及来自于先进镁合金产学研联盟的 20 多位专家学者参加了会议。

    科学出版

    2001 年中国镁协（中国有色金属工业协会镁业分会）开始出版内部刊物《中国镁业》，主要面向镁生产、科研、设计、应用、设备制造、商贸及相关领域的企业、事业单位。2001 年 10 月《材料热处理学报》出版《镁合金专辑》，收录论文 30 篇。2002 年中国材料研讨会专设镁合金分会，并出版论文专辑《2002年材料科学与工程新进展》。2006 年宋光铃出版了专著《镁合金腐蚀与防护》。2007 年科学出版社出版了《镁合金科学与技术》（丁文江）、《高性能变形镁合金及加工技术》（潘复生、韩恩厚）。2009、2010 年科学出版社出版了张密林教授专著《熔盐电解镁锂合金》、《镁锂超轻合金》。2013 年 3 月重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心和中国材料研究学会镁合金分会主办发行全球第一本专注于镁及镁合金国际期刊《Journal of Magnesium and Alloys》。

    科研项目

    2000 年以来，国家科技部、自然科学基金委等部门在镁合金研究方面投入了巨额经费。国家自然科学基金、“863”、“ 973”、“ 973”滚动、国际合作项目都在连续资助镁合金的研究。2000年，国家科技部启动镁合金开发应用前期战略研究。一年之后，科技部将“镁合金应用与产业化”列为“十五”国家科技攻关计划重大项目，并于 2001 年 8 月正式启动实施（表 2）。中国科学院青海盐湖所、华东理工大学都承担了《青海盐湖水氯镁石制取无水氯化镁》项目。

    2007 年中国有色金属工业协会负责组织实施“十一五”国家科技支撑计划“镁冶炼及镁合金制备过程节能减排关键技术开发”重点项目。“十一五”国家科技支撑计划卤水资源综合利用技术研究项目课题三“万吨级水氯镁石脱水制取无水氯化镁及高效电解金属镁技术研究”（中科院青海盐湖研究所，150万）、课题四“万吨级水氯镁石制取镁系列产品联合工艺工业试验”（西部矿业集团有限公司，300 万）建立年产 1 万吨水氯镁石脱水工业性试验示范装置一套，建立年产 5 万吨氢氧化镁和氧化镁系列产品开发联合工业性试验示范装置一套，为大规模开发镁资源提供设计依据。

    重庆大学刘庆教授主持的国家重点基础研究计划（“973”计划）“高性能镁合金加工与制备中的关键基础问题”，获经费 3100 万元。由重庆大学牵头实施，并联合中科院金属所、上海交通大学、北京有色金属研究总院、北京工业大学、东北大学、清华大学、北京科技大学、中南大学等国内知名高校、科研院所共同承担。在镁合金纯净化及液态成形理论、镁合金塑性成形理论、镁合金强韧化理论等关键科学问题研究方面取得了进展。

    上述“973”的滚动项目“低成本、高延展性高强镁合金材料基础研究”获得资助，资助经费 3600 万元，执行期限 2013-2017 年。该项目主要针对国家在交通工具和国防军工等领域材料轻量化的重大需求，以突破镁合金材料规模化应用的技术瓶颈为目标，着力解决镁合金合金设计 - 制备加工 - 服役行为中的关键科学问题，为镁合金材料规模化应用提供理论与技术支撑。

    重庆大学承担了科技部“超大尺寸镁合金制备与焊接关键技术及装备的联合研发”重大国际科技合作项目。国家自然科学基金委在镁合金项目的资助（ 如表 3），主要涉及镁合金的组织、力学性能和腐蚀与防护。2016 年国家科技部启动了四项镁合金相关国家重点研发计划项目（表 4）。

    研究平台

    据初步统计，目前有关国家级和省部级镁合金实验室或工程中心有12个（表5）。

    应用

    镁合金在我国汽车、摩托车、轨道交通、航空航天、国防军工等领域已经得到应用。据报道，未来我国节能与新能源将大力推进镁合金在汽车方面的应用。汽车单车用镁量 2020 年将达到 15kg，2015年达到 25kg，2030 年达到 45kg。

    图2北京大学“医用金属材料学术会议”合影（图由郑玉峰教授提供）

    医用镁及合金发展历程

    学术交流1992 年 8 月 24-26 日中国生物物理学会和中国科学院生物物理研究所共同在北京组织召开了第一届全国镁学术会议。全国 18 个省、市、自治区和解放军的科研、教学、医疗、卫生系统的65 名专家、学者出席了会议。会议收到论文近 70 篇，大会交流 30 多篇。

    1997 年 11 月 26 日至 12 月 1 日我国首次全国性镁离子与心血管病临床应用研讨会在海口市举行。大会共收到论文 127 篇，内容涉及镁离子的临床应用与基础研究。

    2003 年重庆大学李龙川、高家诚在《材料导报》发表首篇医用镁合金论文。2004 年曾荣昌获得医用镁合金项目获得重庆市自然科学基金。2005 年中科院金属研究所任伊宾申请首个医用镁合金发明专利。2006 年 6 月四川科技出版社出版了邵美贞撰写的《镁的基础与临床》。这是国内第一部关于论述人体生命必需元素“镁”的医学专著。同年 10 月，华东师大出版社出版了谈芸、唐智萍编写的《为健康加镁》。 2007 年上海交通大学张小农获得首个医用镁合金授权发明专利，高家诚获得首个医用镁合金国家自然科学基金主任基金项目。2008 年曾荣昌与 W. Dietzel,F. Witte 等 在 国 际 期 刊《AdvancedEngineering Materials》 副 刊《AdvancedBiomaterials》发表“镁合金生物材料进展和面临的挑战”综述论文。2008 年郑玉峰在国际期刊《Biomaterials》发表医用镁合金论文。2009 年郑玉峰获批首个医用镁合金国家自然科学基金项目。同年，中国科学院金属研究所杨柯课题组和中国医科大学第一附属医院合作研制出成功制备“镁合金心血管支架”。2010 年 5 月 8-9 日在北京大学举行了“医用金属材料学术会议”（图 2）。德国汉诺威医学院 F. Witte 教授及同事参加此次会议，并做大会报告。

    2011 年 3 月 22-23 日，在北京召开了第 391 次香山会议“生物可降解金属研究发展与临床应用面临的挑战”。会议由中科院金属研究所柯伟研究员、中国医学科学院阜外医院高润霖研究员、上海交通大学医学院戴尅戎教授、北京大学奚廷斐研究员、中科院金属研究所杨柯研究员和北京大学郑玉峰教授共同担任执行主席（图 3）。来自国内27 家单位的 49 名专家学者应邀参加了会议，推动了国家层面对医用镁合金研究的重视。

    两年一次的中国生物材料大会（2009-）及中国生物医学工程学会生物材料分会（2009-）、一年一次的“海峡两岸生物医用材料研讨会” （2010-）、一年一次的中国生物材料学会医用金属材料分会年会（2015-）都涉及医用镁合金研究进展。2009 年 12 月，在广州华南理工大学召开的中国生物医学工程学会生物材料分会首次设有“可腐蚀、降解型医用金属材料”专题。其中，有54 个医用镁合金材料研究报告。2010年 4 月 15-18 成都中国生物材料大会设“医用金属材料”分会。

    中国生物材料学会医用金属材料分会聚集了我国从事医用金属材料研究的优秀材料科学家、医学工作者、医疗器械评审专家、知名企业领导等人员，代表了该领域的最高水平。2016 年 9 月 25-28 日在沈阳东北大学举行第二届年会。大会由张二林教授主持，共设生物材料的生物功能、抗菌材料和表面抗菌技术、生物材料表面改性、医用镁合金、医用钛和钛合金及表面改性、医用钴基合金及表面改性、医用锌合金、生物材料应用与器械等八个专题报告。其中有医用镁合金报告 30 个，占全部报告的 3/8。

 图3 第391次香山会议执行主席（从左至右）：柯伟、高润霖、杨柯、郑玉峰（图由郑玉峰教授提供）

    科学出版

    2014 年中国生物材料学会与牛津大学出版社合作创建中国生物材料学会会刊《Regenerative Biomaterials》。2015年科学出版社和爱思唯尔共同创建的科爱公司出版新期刊《Bioactive Materials》，郑玉峰教授任主编。2014 年高等教育出版社国际期刊《Frontiers of Materials Science》第 3 期出版由宋光铃、曾荣昌主编的专辑“Light metals as biomaterials”（轻金属生物材料），其中医用镁合金论文 8 篇。中国材料研究学会举办的国际期刊《Progress in Natural Science：Materials International》2014 年 第 5 期 专 辑《Biodegradablemetal-the rising star》（可降解金属 - 一颗正在冉冉升起的星星）刊载了由郑玉峰主编的 21 篇医用镁合金论文。《Journalof Materials Science & Technology》2016 年第 9 期出版了由王迎军院士主编的专辑“Bioadaptation of Biomaterial”（生物材料的适配性）， 其中刊载医用镁合金论文 7 篇。郑玉峰、秦岭和杨柯组织全国 14 家单位（北京大学、香港中文大学、中科院金属研究所、中科院深圳先进技术研究院、上海交通大学、北京航空航天大学、郑州大学、哈尔滨工程大学、东南大学、香港侵会大学、东北大学、燕山大学、山东科技大学和大连大学）近 40 名专家撰写了 50 万字的《可降解金属》著作（上、下册），于 2016 年由科学出版社出版。

    科学研究

    2011 年华南理工大学校长王迎军院士作为首席科学家负责的 973 项目“新型医用材料的功能化设计及生物适配基础科学问题研究”中设置“医用镁合金的生物适配设计与降解调控机制研究”。2014 年北京大学郑玉峰教授获得国家自然科学基金重点项目“可降解镁合金的关键基础科学问题”。

    2007-2017 期间我国镁合金生物材料国家自然科学基金项目共立项 95 项。2007 年重庆大学高家诚教授获得第一项医用镁合金主任基金。时隔 1 年，即 2009 年北京大学郑玉峰教授获得第一项医用镁合金面上基金。2010 和 2011 年分别批准3 和 5 项。2012 年以后每年资助项目超过 10 项。特别是 2016年达到创记录的 23 项。在 2004-2007 间，医用镁合金基金申请没有得到同行专家的认同，这值得深思。直到 2011 年第391 次香山会议统一认识以后，医用镁合金的研究开始步入快车道。郑玉峰教授牵头负责的 2016 年国家重点研发计划项目“全降解镁合金冠脉药物洗脱支架研发”获批。

    科研成果及应用情况

    通过关键词（镁合金、生物材料或医用）在 www.soopat. com 搜索到我国医用镁合金发明专利情况。2008 年 1 月 -2016年 8 月我国授权发明专利数几乎与国家自然科学基金数同步增长，共授权 121 项。2007 年授权 1 项发明专利；2008 年授权 4 项；2009、2010 和 2011 年分别授权 1、2、3 项；2012、2013 均达到 15 项；2014 年上升到 20 项；2015 年则达到最高数 33 项；2016 下降到 27 项。

    2012 年苏州奥芮济医疗科技有限公司研发的胸部固定板获得了国内医用镁合金领域第一个医疗器械产品注册证。2014年 11 月 3 日，东莞宜安科技股份有限公司申请的“可降解镁骨内固定螺钉”产品已经通过国家食品药品监督管理总局创新医疗器械特别审批申请审查。

    学术组织

    2002年中国有色金属工业协会镁业分会（中国镁协）成立。2011 年 10 月 18 日中国材料研究学会镁合金分会成立。2015年 6 月 12-13 日，中国生物材料学会医用金属材料分会成立，金属所杨柯研究员被推荐并当选为分会主任委员。2016 年 1月 8-10 日，中国材料研究学会镁合金分会中国镁合金青年委员会成立。2016 年重庆大学潘复生教授担任 ISO 国际标准化组织镁合金技术委员会主席。

    （从左至右）上海应用技术大学徐春教授、韩国首尔大学Kwang Seon Shin（辛光善）教授、重庆大学潘复生教授、德国HZG研究所 K.U. Kainer教授、澳大利亚莫纳什大学（Monash University）聂建峰教授、山东科技大学曾荣昌教授

    面临挑战

    我国镁合金研究由早期跟跑，到现在已经与世界并跑；或许不久的将来可以领跑世界。我国镁合金产业的发展一直是由民营企业所主导，缺乏支柱性航母国企。反过来，现有镁合金及下游产业链也难以承载大型国企。青海盐湖镁业有限公司因其独一无二的资源优势或许可以托起中国镁行业的梦想。但又因其地理环境的局限，面临配套产业和人才的先天不足。

    镁合金大规模应用主要面临的挑战目前仍然是镁合金材料的腐蚀问题。镁合金腐蚀防护所涉及的腐蚀科学理论和防护技术问题虽然取得很大进展，但一直没有获得根本性的突破。另外，不断涌现的新发明技术和创新成果没有得到充分地推广和应用。实现中国镁梦，需要：（1） 解决资源合理开发利用与环境保护问题；（2） 加强基础性共性问题的科学研究；（3） 进行创新平台和机制建设，加强国内外合作与交流；（4）探索产学研多方共赢的合作模式。

    作者简介

    曾荣昌，教授、博士生导师，获得 2016 国务院政府特殊津贴；荣获中国腐蚀与防护科技进步奖一等奖及省级奖励 6 项。科技部国家重点研发计划评审专家，7 个学会或协会理事或委员，《Frontiers of Materials Science》等 7 个期刊编委或特邀编辑，39 个期刊审稿人； 在《Journal of Materials Chemistry A》、《ACS Applied Materials &Interfaces》、《Scientific Reports》、《Corrosion Science》、《Journal of Alloys & Compounds》、《RSC Advances》、《Surface& Coating Technology》等期刊发表论文 140 余篇，其中 SCI 论文 69 篇。已授权国家发明专利 15 项。论文被 NatureMater.、 Progress Mater. Sci. 等引用 1200 多次；单篇论文 SCI 最高他引用 260 次。2 篇论文入选 ESI 高被引论文。