镁合金作为“21世纪绿色工程材料“，具有高的比强度和比刚度，良好的尺寸稳定性、导热导电性，抗振能力强，可承受较大冲击载荷，以及优异的铸造、切削加工性能和易回收利用，这些特性使其在航空航天领域占有一席之地，可作为飞机、导弹、飞船、卫星等航空设备上重要构件材料，随着科技水平的不断进步，航空航天领域的发展越来越离不开镁合金的参与。

表1 20世纪镁合金在航空航天领域的应用

航空航天工业对材料性能的要求

1 航空航天产品工作的极端条件。

由于航空航天产品工作的特殊性，因此对材料提出了如下苛刻的性能要求：

①低密度。由于飞行器的质量直接影响到它的机动性能，而空间站和卫星的质量决定了对运送工具的要求和费用，所以航空航天要求材料尽可能的轻质，也就是尽可能的低密度。表1为航空航天材料每减少0.45kg质量所带来的经济效益。商用飞机与汽车减重相同质量带来的燃油费用节省，前者是后者的近100倍，而战斗机的燃油费用节省又是商用飞机的近10倍。更重要的是其机动性能改善可以极大提高战斗力和生存能力。所以镁合金的低密度，为它在航空航天中的应用提供了较好的条件。

表2 航空航天材料每减少0.45kg质量所带来的经济效益

②刚度和热导率。材料的比刚度和热导率是非常关键的参数。镁合金具有比刚度高和高的热导率。可使某些部位的振动（飞机的机翼）以及在低重力、高真空的太空环境中，可避免太阳照射使得电子设备过热而烧毁。

③减振能力。镁合金具有良好的减振能力，可以保证航空航天产品承受较大的振动载荷；镁合金还具有高比强度、防辐射、良好的尺寸稳定性、电磁屏蔽性，可以抵御短波辐射和高能粒子的“轰击”。

2 航空航天工业对材料性能的要求。

结构减重和结构承载与功能一体化是飞机机体结构材料发展的重要方向。航空、航天领域要求镁合金力学性能和高温性能优异，抗蚀性好，有良好的综合性能。适合的合金包括AZ91E、QE22（MSR）、ZE41（RZ5）、EQ21、（ZRE1）、WE43等，其性能比较见图1。从图中可知，飞机的各种机箱体、传送箱和电源装置，直升机主要传送系统的零部件，螺旋桨系统可以采用ZE41和QE22合金制造；而在高温下服役的零部件可采用WE43或EQ21合金制造。另外，WE43合金还具有极好的耐蚀性能，可用作飞机螺旋桨罩壳。Mc Donnell Dougles MD50直升飞机采用了WE43合金的变速箱壳体。

图1 镁合金的主要性能

目前，常用的航空航天铸造镁合金及其性能和用途见表2。

表2 航空航天工业常用铸造镁合金的性能和用途

镁合金材料在航空航天工业中的应用与开发

1 国外航空航天工业中的镁合金应用情况

过去RZ5镁合金通常用于制造直升飞机的变速箱壳体和传动箱壳体，后来由于航空工业对材料的安全使用期限和抗腐蚀性能提出了更高的要求，使得WE43镁合金逐渐取代了RZ5的位置而成为制造包括主变速箱壳体在内的众多直升机部件的首选镁合金材料，比如欧洲直升机公司EC120型民用直升机和北约直升机工业公司的NH90军用直升机就采用了WE43合金制造的变速箱壳体。

ZRE1,MSR和EQ21镁合金也都被广泛用于飞机的发动机部件，如同WE43镁合金由于具有优良的抗腐蚀性能和高温性能而广泛用于变速箱壳体一样，这些合金的应用也将会得到持续增长。许多大型镁合金铸件由于有这些镁合金而得以制造，比如MSR镁合金制造的重达130kg的劳斯莱斯Tay和BR710型发动机的空压机壳体。其他的航空应用包括MSR或RZ5制造的F16,“欧洲战机”EF2000、旋风战斗机的辅助变速箱壳体，MSR或EQ21制造的“airbus”A320、旋风战斗机和协和超音速飞机的发电机壳体。

进入21世纪，镁及镁合金正重新登上航空航天的舞台。欧盟自1996年以来在FP4、FP5、FP6领域内开展了一系列项目对镁合金进行研究。其中，对未来航空航天领域起指导作用的主要有两个项目，具体介绍如下：

2005年3月至2008年12月，欧盟在FP6 框架内实施了一个名为“变形镁合金在航空航天器的应用（Aeronautical application of wrought magnesium，AEROMAG）”的研究项目，共有20个单位参与，其中有3个航空航天制造企业即空客公司、欧洲直升机公司（Eurocopter）和意大利阿莱尼亚（Alenia）公司，2个俄罗斯的研究院、即圣彼得堡轻金属研究院和莫斯科航空材料研究院，还有7所大学、8个镁材生产企业参与，对镁合金的冶炼、成形工艺、燃烧性能、表面处理、连接技术和结构性能等进行了全方位的研究，取得一系列成果。

该项目所用镁合金主要为Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr-Re和Mg-Y-Re系合金。一系列研究结果表明，镁合金可以取代中等强度的5xxx铝合金，对于某一项性能镁合金可以达到甚至超过高强度的2xxx合金，但是综合考虑强度、疲劳、加工、耐蚀、耐温等性能，没有一种镁合金可以与2xxx铝合金等同。这说明在较长一段时间之内，镁合金不可能在结构制造层面上部分代替铝合金，而在航空工业中广泛应用。2006年8月至2009年9月，欧盟在FP6框架内实施了AEROMAG项目的姊妹项目—航空工业镁合金的成形新技术研究。共有12个单位参与了该项目。该项目利用锻造、超塑性成形、弯辊、橡皮囊液压成形、拉深和蠕变成形等不同成形技术，用以制造不同航空航天零件。MAGFORMING项目开发了许多可行的传统镁合金和新型镁合金的商业化成形方法。根据这两个项目的结果，Ostrovsky I 等预测在2015~2020年期间，民用飞机使用10%~15%的镁合金零部件是符合实际的目标。

美国海军卫星上已将镁合金复合材料用于支架、轴套、横梁等结构件，其综合性能优于铝基复合材料。“德热来奈”飞船的起动火箭“大力神”曾使用了600kg的变形镁合金；“季斯卡维列尔”卫星中使用了675kg的变形镁合金；直径约1m的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。英国Bloodhound MK-2（弹体直径546mm，最高速度2.7马赫）地空导弹舱体采用新型耐热镁合金铸件和锻件制成。日本利用镁合金低密度的特征，开发了旨在提高具有镁合金机翼的超音速飞行器特性的结构最优化设计方法，并以镁合金成功地制作出了质量仅为1kg的超小型人造卫星。

2 国内航空航天工业中的镁合金应用情况

我国用于航空航天工业中的镁合金主要有铸造稀土镁合金ZM2、ZM3、ZM4、ZM5、ZM6、ZM9和变形稀土镁合金MB25、MB26。其中ZM2应用于涡喷-7、涡喷-13发动机的前机匣、后机匣和主机匣等零件。ZM3用于制造歼-6飞机涡喷-6发动机的前舱铸件和涡喷-11发动机的离心机匣；用ZM4制造飞机液压恒速装置壳体。某涡桨发动机的附件传动机匣和减速器机匣采用ZM5制造，我国研制的昆仑号发动机附件机匣采用ZM5镁合金，某燃气涡轮起动机的附件传动后机匣选用ZM6镁合金，某型直升机主减速器主机匣采用ZM6镁合金，可在海洋环境下使用，MB25可以制造飞机机身长桁和操作系统的栓臂、支座等受力构件。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星和飞船上均选用了稀土镁合金构件。

目前，我国高校、研究所和航空航天企业对镁合金在航空航天领域的应用也做了相关研究：

01 采用涂层转移精密铸造技术和JDM1铸造镁合金结合，成功制备了某型号轻型导弹舱体（图2）和发动机机匣（图3），满足了舱体和发动机机匣的内表面（非加工面）对光洁度的高要求。

图2 JDM1铸造镁合金某轻型导弹舱体

图3 发动机机匣

02 采用大型铸件低压铸造技术和JDM2铸造镁合金结合，成功制备了某型直升机尾部减速机匣（图4）和某型号导弹壳体（图5）。这两类铸件尺寸较大，结构复杂，采用常规铸造很难避免铸造缩松的产生。通过提高低压铸造保压压力和控制铸件凝固温度场的方法，成功解决了上述问题，制备的铸件已经通过用户严格检查。

图4 某型直升机尾减速机匣

图5 某型导弹壳体

03 JDM2镁合金与常规等温热挤压工艺相结合，成功制备了某型号轻型导弹弹翼（图6）。

图6 JDM2镁合金挤压导弹尾翼

04 JDM1镁合金与常规等温热挤压工艺相结合，成功制备了φ145mm的无缝管（图7），该管材用于某型号轻型导弹壳体的制备。

图7 JDM1合金挤压轻型导弹管材

参考文献：

《轻合金加工技术》2016年01期《航空航天变形镁合金应具备的性能》

《简明镁合金材料手册》

随着我国航空航天事业的飞速发展，轻量化势必成为航空航天制造业的主流，具有轻质高强的新型镁合金材料在航空航天领域的应用将越来越广泛。我国是镁合金资源大国，加快发展镁合金科技、提升我国镁产业的技术水平，使我国镁产业从资源优势向经济优势转变，无疑是当前的最佳选择。新型镁合金材料在航空航天领域的推广应用需要相关高校、研究所和航空航天企业相互合作，在技术上不断创新，实现航空航天镁合金产品的标准化，扩大镁合金在航空航天领域的应用范围。