本文介紹了中國鎂合金冶煉、生產和科學研究發展歷程，包括醫用鎂合金的研究和學術活動情況，提出了鎂合金下一步發展的建議。

    鎂合金發展歷程

    鑒于我國豐富的鎂資源儲量和環境保護對汽車輕量化的要求，2000年7月，師昌緒、李恒德、王淀佐、李依依、左鐵鏞5名院士共同聯名向科技部提交“加速我國金屬鎂工業發展的建議”。中國鎂合金產業經歷由小到大的過程，是目前世界上最大的鎂生產國和出口國，占全球鎂生產能力的 3/4，產量的 2/3。中國鎂合金及醫用鎂基礎研究在國際上的影響日益增強，已經聚集了世界上最龐大的鎂合金科研隊伍和一批具有國際影響力的研究團隊。

    發展歷程

    1957 年撫順鋁廠鎂分廠建成，我國鎂生產已有 60 年歷史。前 30 年只此一家鎂廠，采用菱鎂礦氯化電解法生產工藝。20 世紀 60 年代中期至 80 年代中期，曾進行鹽湖水氯鎂石電解法和以白云山為原料的硅熱法煉鎂工藝研究。1985 年以來，皮江法工藝在我國得到快速發展，開始出口金屬鎂。1986 年青海民和鎂廠半連續硅熱法煉鎂工藝改造為菱鎂礦顆粒氯化電解法；1992 年青海民和鎂廠開始利用青海鹽湖光鹵石制鎂。1996 年底，全國大、中、小鎂廠已達 500 余家，總產能 12 萬噸，其中皮江法鎂廠產能占 90%。由于無序競爭，西方對中國鎂產品制裁，許多鎂廠倒閉。1998 年 8 月撫順鋁廠鎂分廠停產。1999 年鎂產量達 12 萬噸，首次超過美國成為世界上最大鎂生產國。2001 年硅熱法鎂廠幸存120 家。2003 年民和鎂廠停產。2011 年6 月青海鹽湖工業股份有限公司等十四家股東共同出資組建青海鹽湖鎂業有限公司，啟動金屬鎂一體化項目，年產 10萬噸金屬鎂，從加拿大引進電解法全套設備，利用鹽湖光鹵石電解制鎂，2016年底工藝流程全部打通。

    學術交流

    1980 年 10 月下旬 301 所組織召開了鎂合金鑄造新技術推廣應用及技術攻關座談會。會議交流了鎂合金無熔劑熔煉和鎂、鋁合金鑄造用冷硬樹脂砂研究與試用的情況與經驗。1982 年 6 月11 ～ 15 日，航空工業部在長沙召開無熔劑熔煉鑄造鎂合金新工藝技術鑒定會，與會有 24 個單位的 68 名代表。自2001 年起，中國鎂協每年組織召開全國鎂行業年會。2001 年 8 月“十五”國家科技攻關重大項目“鎂合金開發應用及產業化”正式啟動。2001 年 11 月 10日在北京長城飯店中國有色金屬工業協會、國際鎂業協會、日本鎂業協會、國家科技部高新技術及產業化司等聯合舉辦了“2001 年中國國際鎂業研討會”，共 有 21 個 報 告。2001 年 11 月 22-24日在北京召開了國際會議“SinomagMagnesium Seminar”（盛盈合鎂合金及應用國際研討會），共有 18 個報告。2003 年 10 月 20 日“全國鎂開發應用工作會議暨產業發展研討會”在重慶召開；2004 年 6 月中國鎂協在北京召開了“中國鎂業發展高層論壇”，并頒發了中國鎂協專家證書。 2007 年上海市電子學會舉辦了 2007 中國國際工業博覽會科技論壇“鎂合金表面技術研討會”，共有 10 個邀請報告。

    我國自 2004 年舉辦首次中國國際 鎂 會 議（International Conferences onMagnesium）（表 1），至今已在北京、重慶、青島和貴陽成功舉辦六屆。主題涉及原鎂生產和市場、循環利用、環境問題、合金發展、相變、制造工藝、機械和物理性能、鑄造和變形合金、焊接和連接、腐蝕和表面處理、應用等。由于中國國際鎂會與中國材料周其它會議同期舉行。有關生物醫用鎂報道，大多在生物材料分會。2013 年第 5 屆僅有 3個生物鎂合金報道。

    圖1 鎂合金腐蝕機理及高性能鎂合金設計戰略研討會（右五：丁文江院士）（圖由上海交通大學材料科學與工程學院提供）

    全國鎂合金青年學術會議，第一屆（2015）和第二屆（2016）分別由哈爾濱工程大學和重慶大學舉辦。第三屆（2017）將在南昌大學舉辦。2016 年 8月 24-26 日，在國家自然科學基金委的支持下，上海交通大學和西安交通大學共同舉辦“鎂合金腐蝕機理及高性能鎂合金設計戰略研討會”（圖 1）。2016年 9 月 6-8 日鎂及鎂合金國際標準化技術委員會（ISO/TC79/SC5）主席潘復生教授在上海主持中國材料研究學會鎂合金分會理事會暨全國鎂及鎂合金國際國內標準工作會議。

    2016 年 8 月 22 日，習近平總書記到青海鹽湖工業股份有限公司考察，了解鎂合金材料情況，指出一定要搞好“鎂合金一體化項目”。2016 年 10 月25-27 日，先進鎂合金產學研聯盟組團考察了青海鹽湖工業股份有限公司；在青海西寧參加了先進鎂合金產學研聯盟研討會暨戰略合作協議簽訂儀式。國家自然科學基金委工程與材料學部主任、青海大學校長王光謙院士，上海交通大學材料科學與工程學院丁文江院士、國家自然科學基金委工程與材料科學部材料科學一處鄭雁軍處長以及來自于先進鎂合金產學研聯盟的 20 多位專家學者參加了會議。

    科學出版

    2001 年中國鎂協（中國有色金屬工業協會鎂業分會）開始出版內部刊物《中國鎂業》，主要面向鎂生產、科研、設計、應用、設備制造、商貿及相關領域的企業、事業單位。2001 年 10 月《材料熱處理學報》出版《鎂合金專輯》，收錄論文 30 篇。2002 年中國材料研討會專設鎂合金分會，并出版論文專輯《2002年材料科學與工程新進展》。2006 年宋光鈴出版了專著《鎂合金腐蝕與防護》。2007 年科學出版社出版了《鎂合金科學與技術》（丁文江）、《高性能變形鎂合金及加工技術》（潘復生、韓恩厚）。2009、2010 年科學出版社出版了張密林教授專著《熔鹽電解鎂鋰合金》、《鎂鋰超輕合金》。2013 年 3 月重慶大學國家鎂合金材料工程技術研究中心和中國材料研究學會鎂合金分會主辦發行全球第一本專注于鎂及鎂合金國際期刊《Journal of Magnesium and Alloys》。

    科研項目

    2000 年以來，國家科技部、自然科學基金委等部門在鎂合金研究方面投入了巨額經費。國家自然科學基金、“863”、“ 973”、“ 973”滾動、國際合作項目都在連續資助鎂合金的研究。2000年，國家科技部啟動鎂合金開發應用前期戰略研究。一年之后，科技部將“鎂合金應用與產業化”列為“十五”國家科技攻關計劃重大項目，并于 2001 年 8 月正式啟動實施（表 2）。中國科學院青海鹽湖所、華東理工大學都承擔了《青海鹽湖水氯鎂石制取無水氯化鎂》項目。

    2007 年中國有色金屬工業協會負責組織實施“十一五”國家科技支撐計劃“鎂冶煉及鎂合金制備過程節能減排關鍵技術開發”重點項目。“十一五”國家科技支撐計劃鹵水資源綜合利用技術研究項目課題三“萬噸級水氯鎂石脫水制取無水氯化鎂及高效電解金屬鎂技術研究”（中科院青海鹽湖研究所，150萬）、課題四“萬噸級水氯鎂石制取鎂系列產品聯合工藝工業試驗”（西部礦業集團有限公司，300 萬）建立年產 1 萬噸水氯鎂石脫水工業性試驗示范裝置一套，建立年產 5 萬噸氫氧化鎂和氧化鎂系列產品開發聯合工業性試驗示范裝置一套，為大規模開發鎂資源提供設計依據。

    重慶大學劉慶教授主持的國家重點基礎研究計劃（“973”計劃）“高性能鎂合金加工與制備中的關鍵基礎問題”，獲經費 3100 萬元。由重慶大學牽頭實施，并聯合中科院金屬所、上海交通大學、北京有色金屬研究總院、北京工業大學、東北大學、清華大學、北京科技大學、中南大學等國內知名高校、科研院所共同承擔。在鎂合金純凈化及液態成形理論、鎂合金塑性成形理論、鎂合金強韌化理論等關鍵科學問題研究方面取得了進展。

    上述“973”的滾動項目“低成本、高延展性高強鎂合金材料基礎研究”獲得資助，資助經費 3600 萬元，執行期限 2013-2017 年。該項目主要針對國家在交通工具和國防軍工等領域材料輕量化的重大需求，以突破鎂合金材料規模化應用的技術瓶頸為目標，著力解決鎂合金合金設計 - 制備加工 - 服役行為中的關鍵科學問題，為鎂合金材料規模化應用提供理論與技術支撐。

    重慶大學承擔了科技部“超大尺寸鎂合金制備與焊接關鍵技術及裝備的聯合研發”重大國際科技合作項目。國家自然科學基金委在鎂合金項目的資助（ 如表 3），主要涉及鎂合金的組織、力學性能和腐蝕與防護。2016 年國家科技部啟動了四項鎂合金相關國家重點研發計劃項目（表 4）。

    研究平臺

    據初步統計，目前有關國家級和省部級鎂合金實驗室或工程中心有12個（表5）。

    應用

    鎂合金在我國汽車、摩托車、軌道交通、航空航天、國防軍工等領域已經得到應用。據報道，未來我國節能與新能源將大力推進鎂合金在汽車方面的應用。汽車單車用鎂量 2020 年將達到 15kg，2015年達到 25kg，2030 年達到 45kg。

    圖2北京大學“醫用金屬材料學術會議”合影（圖由鄭玉峰教授提供）

    醫用鎂及合金發展歷程

    學術交流1992 年 8 月 24-26 日中國生物物理學會和中國科學院生物物理研究所共同在北京組織召開了第一屆全國鎂學術會議。全國 18 個省、市、自治區和解放軍的科研、教學、醫療、衛生系統的65 名專家、學者出席了會議。會議收到論文近 70 篇，大會交流 30 多篇。

    1997 年 11 月 26 日至 12 月 1 日我國首次全國性鎂離子與心血管病臨床應用研討會在海口市舉行。大會共收到論文 127 篇，內容涉及鎂離子的臨床應用與基礎研究。

    2003 年重慶大學李龍川、高家誠在《材料導報》發表首篇醫用鎂合金論文。2004 年曾榮昌獲得醫用鎂合金項目獲得重慶市自然科學基金。2005 年中科院金屬研究所任伊賓申請首個醫用鎂合金發明專利。2006 年 6 月四川科技出版社出版了邵美貞撰寫的《鎂的基礎與臨床》。這是國內第一部關于論述人體生命必需元素“鎂”的醫學專著。同年 10 月，華東師大出版社出版了談蕓、唐智萍編寫的《為健康加鎂》。 2007 年上海交通大學張小農獲得首個醫用鎂合金授權發明專利，高家誠獲得首個醫用鎂合金國家自然科學基金主任基金項目。2008 年曾榮昌與 W. Dietzel,F. Witte 等 在 國 際 期 刊《AdvancedEngineering Materials》 副 刊《AdvancedBiomaterials》發表“鎂合金生物材料進展和面臨的挑戰”綜述論文。2008 年鄭玉峰在國際期刊《Biomaterials》發表醫用鎂合金論文。2009 年鄭玉峰獲批首個醫用鎂合金國家自然科學基金項目。同年，中國科學院金屬研究所楊柯課題組和中國醫科大學第一附屬醫院合作研制出成功制備“鎂合金心血管支架”。2010 年 5 月 8-9 日在北京大學舉行了“醫用金屬材料學術會議”（圖 2）。德國漢諾威醫學院 F. Witte 教授及同事參加此次會議，并做大會報告。

    2011 年 3 月 22-23 日，在北京召開了第 391 次香山會議“生物可降解金屬研究發展與臨床應用面臨的挑戰”。會議由中科院金屬研究所柯偉研究員、中國醫學科學院阜外醫院高潤霖研究員、上海交通大學醫學院戴尅戎教授、北京大學奚廷斐研究員、中科院金屬研究所楊柯研究員和北京大學鄭玉峰教授共同擔任執行主席（圖 3）。來自國內27 家單位的 49 名專家學者應邀參加了會議，推動了國家層面對醫用鎂合金研究的重視。

    兩年一次的中國生物材料大會（2009-）及中國生物醫學工程學會生物材料分會（2009-）、一年一次的“海峽兩岸生物醫用材料研討會” （2010-）、一年一次的中國生物材料學會醫用金屬材料分會年會（2015-）都涉及醫用鎂合金研究進展。2009 年 12 月，在廣州華南理工大學召開的中國生物醫學工程學會生物材料分會首次設有“可腐蝕、降解型醫用金屬材料”專題。其中，有54 個醫用鎂合金材料研究報告。2010年 4 月 15-18 成都中國生物材料大會設“醫用金屬材料”分會。

    中國生物材料學會醫用金屬材料分會聚集了我國從事醫用金屬材料研究的優秀材料科學家、醫學工作者、醫療器械評審專家、知名企業領導等人員，代表了該領域的最高水平。2016 年 9 月 25-28 日在沈陽東北大學舉行第二屆年會。大會由張二林教授主持，共設生物材料的生物功能、抗菌材料和表面抗菌技術、生物材料表面改性、醫用鎂合金、醫用鈦和鈦合金及表面改性、醫用鈷基合金及表面改性、醫用鋅合金、生物材料應用與器械等八個專題報告。其中有醫用鎂合金報告 30 個，占全部報告的 3/8。

 圖3 第391次香山會議執行主席（從左至右）：柯偉、高潤霖、楊柯、鄭玉峰（圖由鄭玉峰教授提供）

    科學出版

    2014 年中國生物材料學會與牛津大學出版社合作創建中國生物材料學會會刊《Regenerative Biomaterials》。2015年科學出版社和愛思唯爾共同創建的科愛公司出版新期刊《Bioactive Materials》，鄭玉峰教授任主編。2014 年高等教育出版社國際期刊《Frontiers of Materials Science》第 3 期出版由宋光鈴、曾榮昌主編的專輯“Light metals as biomaterials”（輕金屬生物材料），其中醫用鎂合金論文 8 篇。中國材料研究學會舉辦的國際期刊《Progress in Natural Science：Materials International》2014 年 第 5 期 專 輯《Biodegradablemetal-the rising star》（可降解金屬 - 一顆正在冉冉升起的星星）刊載了由鄭玉峰主編的 21 篇醫用鎂合金論文。《Journalof Materials Science & Technology》2016 年第 9 期出版了由王迎軍院士主編的專輯“Bioadaptation of Biomaterial”（生物材料的適配性）， 其中刊載醫用鎂合金論文 7 篇。鄭玉峰、秦嶺和楊柯組織全國 14 家單位（北京大學、香港中文大學、中科院金屬研究所、中科院深圳先進技術研究院、上海交通大學、北京航空航天大學、鄭州大學、哈爾濱工程大學、東南大學、香港侵會大學、東北大學、燕山大學、山東科技大學和大連大學）近 40 名專家撰寫了 50 萬字的《可降解金屬》著作（上、下冊），于 2016 年由科學出版社出版。

    科學研究

    2011 年華南理工大學校長王迎軍院士作為首席科學家負責的 973 項目“新型醫用材料的功能化設計及生物適配基礎科學問題研究”中設置“醫用鎂合金的生物適配設計與降解調控機制研究”。2014 年北京大學鄭玉峰教授獲得國家自然科學基金重點項目“可降解鎂合金的關鍵基礎科學問題”。

    2007-2017 期間我國鎂合金生物材料國家自然科學基金項目共立項 95 項。2007 年重慶大學高家誠教授獲得第一項醫用鎂合金主任基金。時隔 1 年，即 2009 年北京大學鄭玉峰教授獲得第一項醫用鎂合金面上基金。2010 和 2011 年分別批準3 和 5 項。2012 年以后每年資助項目超過 10 項。特別是 2016年達到創記錄的 23 項。在 2004-2007 間，醫用鎂合金基金申請沒有得到同行專家的認同，這值得深思。直到 2011 年第391 次香山會議統一認識以后，醫用鎂合金的研究開始步入快車道。鄭玉峰教授牽頭負責的 2016 年國家重點研發計劃項目“全降解鎂合金冠脈藥物洗脫支架研發”獲批。

    科研成果及應用情況

    通過關鍵詞（鎂合金、生物材料或醫用）在 www.soopat. com 搜索到我國醫用鎂合金發明專利情況。2008 年 1 月 -2016年 8 月我國授權發明專利數幾乎與國家自然科學基金數同步增長，共授權 121 項。2007 年授權 1 項發明專利；2008 年授權 4 項；2009、2010 和 2011 年分別授權 1、2、3 項；2012、2013 均達到 15 項；2014 年上升到 20 項；2015 年則達到最高數 33 項；2016 下降到 27 項。

    2012 年蘇州奧芮濟醫療科技有限公司研發的胸部固定板獲得了國內醫用鎂合金領域第一個醫療器械產品注冊證。2014年 11 月 3 日，東莞宜安科技股份有限公司申請的“可降解鎂骨內固定螺釘”產品已經通過國家食品藥品監督管理總局創新醫療器械特別審批申請審查。

    學術組織

    2002年中國有色金屬工業協會鎂業分會（中國鎂協）成立。2011 年 10 月 18 日中國材料研究學會鎂合金分會成立。2015年 6 月 12-13 日，中國生物材料學會醫用金屬材料分會成立，金屬所楊柯研究員被推薦并當選為分會主任委員。2016 年 1月 8-10 日，中國材料研究學會鎂合金分會中國鎂合金青年委員會成立。2016 年重慶大學潘復生教授擔任 ISO 國際標準化組織鎂合金技術委員會主席。

    （從左至右）上海應用技術大學徐春教授、韓國首爾大學Kwang Seon Shin（辛光善）教授、重慶大學潘復生教授、德國HZG研究所 K.U. Kainer教授、澳大利亞莫納什大學（Monash University）聶建峰教授、山東科技大學曾榮昌教授

    面臨挑戰

    我國鎂合金研究由早期跟跑，到現在已經與世界并跑；或許不久的將來可以領跑世界。我國鎂合金產業的發展一直是由民營企業所主導，缺乏支柱性航母國企。反過來，現有鎂合金及下游產業鏈也難以承載大型國企。青海鹽湖鎂業有限公司因其獨一無二的資源優勢或許可以托起中國鎂行業的夢想。但又因其地理環境的局限，面臨配套產業和人才的先天不足。

    鎂合金大規模應用主要面臨的挑戰目前仍然是鎂合金材料的腐蝕問題。鎂合金腐蝕防護所涉及的腐蝕科學理論和防護技術問題雖然取得很大進展，但一直沒有獲得根本性的突破。另外，不斷涌現的新發明技術和創新成果沒有得到充分地推廣和應用。實現中國鎂夢，需要：（1） 解決資源合理開發利用與環境保護問題；（2） 加強基礎性共性問題的科學研究；（3） 進行創新平臺和機制建設，加強國內外合作與交流；（4）探索產學研多方共贏的合作模式。

    作者簡介

    曾榮昌，教授、博士生導師，獲得 2016 國務院政府特殊津貼；榮獲中國腐蝕與防護科技進步獎一等獎及省級獎勵 6 項。科技部國家重點研發計劃評審專家，7 個學會或協會理事或委員，《Frontiers of Materials Science》等 7 個期刊編委或特邀編輯，39 個期刊審稿人； 在《Journal of Materials Chemistry A》、《ACS Applied Materials &Interfaces》、《Scientific Reports》、《Corrosion Science》、《Journal of Alloys & Compounds》、《RSC Advances》、《Surface& Coating Technology》等期刊發表論文 140 余篇，其中 SCI 論文 69 篇。已授權國家發明專利 15 項。論文被 NatureMater.、 Progress Mater. Sci. 等引用 1200 多次；單篇論文 SCI 最高他引用 260 次。2 篇論文入選 ESI 高被引論文。