劉普林 曹忠 周佳臏

摘 要：本文對鎂合金國際標準、國家標準以及行業(yè)標準進行了分析，并針對目前鎂合金在航天領域的應用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展，以“有標采標、無標制標”為原則，以支持鎂合金在航天領域的應用為目的，對鎂合金在材料研發(fā)、生產(chǎn)、產(chǎn)品應用等全過程進行梳理，構建了包含鎂合金材料、鑄造、檢驗檢測、加工技術、表面處理等全鏈路的鎂合金標準體系，同時也對部分關鍵標準進行了說明，以供其他領域或相關人員進行參考和借鑒。

關鍵詞：航天，鎂合金，標準體系

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.13.012

Research on Construction of Standards System for Magnesium Alloy in Aerospace Field

LIU Pu-lin1 CAO Zhong1 ZHOU Jia-bin2

（1. Shanghai Spacefl ight Precision Machinery Institute； 2. Shanghai Academy of Spacefl ight Technology）

Abstract： This paper analyzes the international standards， national standards and sectoral standards for magnesium alloys. Focusing on current application status and subsequent development of magnesium alloy in the aerospace fi eld， the paper follows the principle of “applying current standards， developing absent standards”， to support the application of magnesium alloys in the aerospace fi eld. The paper sorts out the whole process of magnesium alloy such as material research and development， production and product application， constructs a standards system for magnesium alloy covering all links， including materials， casting， inspection and testing， processing technology， surface treatment， etc. Also， the paper expounds some key standards， which is a reference for related personnel and other fi elds.

Keywords： aerospace， magnesium alloy， standards system

0 引 言

由于鎂合金相對鋼、鋁合金材料而言具有更高的比強度，可減輕結構重量，此外其電磁屏蔽能力、散熱導熱性以及壓鑄加工性都較優(yōu)，兼具可再生、綠色環(huán)保等特點，被廣泛應用于航空航天、交通運輸、國防軍事、電子產(chǎn)品等領域，特別是高性能鎂合金材料在航空航天和國防建設中占有十分重要的地位[1]。

鎂合金是減輕航天裝備質量，實現(xiàn)航天裝備輕量化，提高航天裝備各項性能的理想結構材料，航天裝備的需要，推動了高性能鎂合金材料及應用技術開發(fā)的發(fā)展。在航天領域方面，ZM5、ZM6等鑄造鎂合金已大批量用于艙體、衛(wèi)星支架等重要零件，鎂合金的輕量化帶來的經(jīng)濟效益和性能改善十分顯著。隨著冶煉和加工技術的進步、價格的降低、航天裝備輕量化要求的日益提高，鎂合金在航天領域中的應用需求越來越大[2-3]。因此有必要開展鎂合金標準體系研究，為鎂合金在航天領域的廣泛應用提供支撐。

1 鎂合金標準化現(xiàn)狀

目前鎂及鎂合金共有國際標準30余項，并且我國從2008年開始承擔ISO/TC 79/SC 5鎂及鎂合金標準化技術委員會秘書處的工作，我國在該領域的話語權不斷增強。鎂及鎂合金國內標準化工作經(jīng)過多年的積累，目前已發(fā)布國家標準、行業(yè)標準70余項，形成了以通用基礎、試驗檢測標準、產(chǎn)品標準為主線的相對完善的標準體系表，但也缺乏鎂合金行業(yè)的環(huán)保、安全、能耗等基礎標準[4]。隨著近年來鎂和鎂合金在航天領域的大規(guī)模應用，航天的特殊條件，對鎂及鎂合金的材料強度、腐蝕防護性能等提出了各種需求[5]，故高強鎂合金的技術條件、表面處理方法，以及對應的檢測方法標準體系也急需構建并完善。

結合鎂及鎂合金在航天領域的應用現(xiàn)狀，以及發(fā)展趨勢，目前標準對支撐鎂合金材料在航天領域的應用略顯不足，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）鎂合金加工、熱處理等過程標準略顯不足，需修訂一批標準。例如隨著加工技術的不斷進步，需對《鎂合金構件銑削工藝規(guī)范》等標準進行修訂和完善；另外，隨著環(huán)保意識的增強，鎂合金熱處理的方式和方法已逐步淘汰硫鐵礦等傳統(tǒng)方法，也需要對《鎂合金熱處理工藝規(guī)范》等標準進行修訂。

（2）鎂合金表面處理等標準急需制定。鎂合金材料耐蝕性能相對較低，這在一定程度上限制了鎂合金產(chǎn)品在航天領域的推廣和應用。在通過提高鎂合金材料純度的同時，適當?shù)谋砻嫣幚硎翘岣卟牧夏臀g性能的重要手段，鎂合金表面改性的常用方式有化學轉化、陽極氧化、微弧氧化等等，急需制定相關標準，以規(guī)范其在航天領域的應用。

（3）未建立完備的鎂合金標準體系。雖然鎂合金在航天領域有較為廣泛的應用，但缺少從鎂合金材料研發(fā)到產(chǎn)品應用的標準梳理，未建立相應的標準體系，缺乏對鎂合金在航天領域的應用支撐。

2 標準體系構建

2.1 目標與原則

航天領域鎂合金標準體系的構建，主要以《國家標準化發(fā)展綱要》為指導，結合鎂合金在航天領域的應用現(xiàn)狀及前景，從鎂合金材料、鑄造工藝、檢驗檢測、加工技術、表面處理等各環(huán)節(jié)進行全面梳理，從而建立建成滿足需求、重點突出、結構合理、科學實用的鎂合金全鏈路技術規(guī)范體系，以保證鎂合金材料研發(fā)、生產(chǎn)和應用各個環(huán)節(jié)有標準可依，有標準可查的目的。在標準體系構建過程中，應遵循以下原則：

（1）明確目標，科學實用

此為構建標準體系的首要原則，構建航天鎂合金標準體系主要目標就是為提高航天鎂合金產(chǎn)品的系統(tǒng)性和適用性，為其在航天領域中的應用，提供標準化技術支持。

（2）全面系統(tǒng)，層次清晰

航天鎂合金應用產(chǎn)品涉及材料、工藝、檢測、表面處理等多個專業(yè)領域，標準體系的構建應在充分查閱資料的基礎上，對所涉及的專業(yè)領域進行深挖剖析，理清邊界、逐層劃分，以“有標采標、無標制標”為手段，做到體系框架合理、內容全面、重點突出、層析清晰，實現(xiàn)標準體系總體布局的科學、系統(tǒng)和平衡。

（3）開放兼容，持續(xù)改進

航天鎂合金標準體系不僅應包含現(xiàn)行標準，還應包含后續(xù)計劃制定的標準，盡量保持標準體系的前瞻性、開放新和可擴充性。同時，還應加強標準與法律、環(huán)保要求等的銜接配套，結合航天鎂合金產(chǎn)品實際使用情況，定期對標準體系修改完善，形成制定、實施、檢查、修訂的PDCA良性循環(huán)，提高標準體系的系統(tǒng)性、協(xié)調性、科學性和可操作性。

2.2 總體框架

航天用鎂合金產(chǎn)品從材料開發(fā)到應用涉及諸多過程，該體系的構建盡可能將涉及到所有內容涵蓋其中，根據(jù)鎂合金產(chǎn)品研制全鏈路，按鎂合金材料、鑄造過程、檢驗檢測、加工技術、表面處理、通用基礎進行劃分。其次在一級體系的基礎上，結合在航天領域應用的實際情況，對二級子體系進行歸納、研究、解析和分類，構建了航天用鎂合金標準體系結構圖，如圖1所示。

2.3 體系內容和范圍

2.3.1 鎂合金材料標準

鎂合金材料標準主要包括鎂合金材料、鎂基復合材料等2個部分，重點是高強韌Mg-稀土系鑄造鎂合金等標準、主要包括鑄造鎂合金錠、稀土耐熱鑄造鎂合金及鑄件規(guī)范、稀土耐熱鑄造鎂合金技術要求、稀土耐熱鑄造鎂合金等標準，主要規(guī)定稀土耐熱鎂合金牌號、熔煉方法、熱處理方法以及力學性能等技術類標準。

2.3.2 鑄造標準

鑄造標準主要包括鎂合金鑄造共性技術和鎂合金鑄造技術2個部分，其重點是鎂合金鑄造技術分支下的工藝數(shù)字化、型殼制造技術標準。工藝數(shù)字化標準主要規(guī)定了數(shù)字化鑄造所需的三維模型設計、仿真、變形預測與尺寸控制技術要求及鑄件尺寸公差、快速鑄造質量控制規(guī)范等內容；型殼制備標準主要規(guī)定了各種型殼制備所需原砂、耐火材料、粘結劑技術要求及質量驗收規(guī)范、模具制作要求、型殼3D打印技術規(guī)范和型殼數(shù)字化制造規(guī)范等內容，確保實現(xiàn)高質量、高尺寸精度鑄件的研制。

2.3.3 試驗檢測標準

試驗檢測標準主要包括無損檢測技術標準、理化檢測技術標準。其重點是射線檢測技術、熒光滲透檢測技術、理化分析技術及膜層性能分析與測試技術標準，對鎂合金材料的性能檢測和分析進行規(guī)定，解決鎂合金內部質量、表面質量檢測、鎂合金材料檢測的試樣、檢測方法等問題，確保鎂合金制品的性能及質量的穩(wěn)定性。

2.3.4 加工技術標準

加工技術標準主要包括連接、機械加工技術等2部分。連接標準分支其重點是規(guī)定鎂合金鑄件攪拌摩擦補焊、焊接過程的人員、設備、安全、工藝流程、質量控制技術要求等內容。機械加工分支主要是鎂合金高效加工技術和復雜鑄件自適應加工技術，其重點是鎂合金高效加工技術標準，規(guī)定了鎂合金加工工藝、程序、仿真、刀具、冷卻、安全、質量控制等內容，解決不同結構類型產(chǎn)品加工質量和效率的問題。

2.3.5 表面處理標準

表面處理標準主要包括后處理技術部分，主要用于鎂合金的防腐蝕和功能性改性，規(guī)定了防腐蝕膜層和功能性膜層的制備方法、適用范圍、功能性指標等檢驗檢測方法，解決鎂合金后處理技術和質量規(guī)范化、流程化的問題。

2.3.6 通用基礎標準

通用基礎標準模塊是通用基礎標準和安全生產(chǎn)標準為基礎，梳理與鎂合金生產(chǎn)相關的共性通用基礎標準。主要包括術語符號、安全生產(chǎn)等2個部分，為整個體系應用提供支撐。

2.4 關鍵標準

通過航天鎂合金標準體系構建，共梳理在用和后續(xù)新增標準共計194項。在鎂合金標準體系建設范圍內，根據(jù)目前鎂合金材料在航天領域應用的主要矛盾和突出問題，提出新增和修訂的關鍵標準共計7項。部分關鍵標準如下：（1）《高強耐熱鎂合金技術規(guī)范》，針對高強耐熱鎂合金的應用制定技術條件，以擴展其在航天領域的應用范圍；（2）《鑄造鎂合金熱處理工藝規(guī)范》，針對目前新工藝實施，在鎂合金熱處理過程中不再使用硫鐵礦，減小了環(huán)境污染等因素，需對其進行修訂和完善；（3）《鎂合金鑄件缺陷修復技術條件》，針對目前不可避免的鑄造缺陷，達成可修復的技術條件，形成統(tǒng)一標準，提升產(chǎn)品合格率。

3 標準體系建設成效

3.1 產(chǎn)品質量水平提升

標準決定質量，有什么樣的標準就有什么樣的質量，只有高標準才有高質量。經(jīng)過對航天領域鎂合金標準體系梳理，建立了完善的《航天鎂合金標準體系》，規(guī)范了鎂合金鑄造過程、加工過程，明確了表面處理要求，統(tǒng)一了檢測驗收條件，使得鎂合金產(chǎn)品質量水平大幅提升，為鎂合金在航天領域的進一步工程應用奠定了基礎。

3.2 支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展

航天鎂合金標準體系的建立，不僅可支撐鎂合金在航天領域的應用，也可以擴展其到其他領域，以支撐整個鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在國家層面，我國從宏觀產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、發(fā)展路線以及工藝優(yōu)化等角度大力支持高端輕合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以破除航空航天、高端裝備等領域重大裝備材料開發(fā)和制造工藝瓶頸，不斷提升鎂合金產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。

3.3 環(huán)保意識加強

在鎂合金標準體系制定過程中，特別是考慮到環(huán)保、綠色生產(chǎn)等因素，修訂《鑄造鎂合金熱處理工藝規(guī)范》，廢除了硫鐵礦的使用，杜絕了SO2氣體的產(chǎn)生，使得鎂合金生產(chǎn)過程更環(huán)保；新制定《鎂合金磷酸鹽化學轉化溶液檢測方法》，提出了應使用磷酸鹽代替鉻酸鹽，以減少鉻離子（重金屬）對環(huán)境的破壞，使得生產(chǎn)過程更為綠色，進一步提升了對環(huán)境保護的意識。

3.4 標準化意識提升

通過鎂合金標準體系的梳理，提升了各相關部門及管理、技術、環(huán)保人員對標準重要性的認識，同時注重標準化的培訓，增強了執(zhí)行標準的自覺性，形成了一種學標準、用標準、推標準的良好循環(huán)，“工作有標準可依、檢查用標準衡量、驗收用標準說話”和“學標準、用標準”的氛圍逐步形成，人員標準化意識得到大幅提升。

4 結 論

加強標準化工作，實施標準化戰(zhàn)略，是一項重要和緊迫的任務，對經(jīng)濟社會發(fā)展具有長遠意義。誰制定標準，誰就擁有話語權；誰掌握標準，誰就占據(jù)制高點。雖然鎂及鎂合金標準化工作經(jīng)過多年的積累，目前也建立了航天領域鎂合金標準體系，但未來還要在現(xiàn)有體系的基礎上繼續(xù)發(fā)展，通過一系列技術標準的制修訂工作，為鎂合金在航天領域的應用提供標準支撐。

參考文獻

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作者簡介

劉普林，碩士研究生，主要從事數(shù)字化制造、標準化管理等方面的研究。

（責任編輯：張佩玉）