航天领域镁合金标准体系建设研究

刘普林 曹忠 周佳膑

摘 要：本文对镁合金国际标准、国家标准以及行业标准进行了分析，并针对目前镁合金在航天领域的应用现状及后续发展，以“有标采标、无标制标”为原则，以支持镁合金在航天领域的应用为目的，对镁合金在材料研发、生产、产品应用等全过程进行梳理，构建了包含镁合金材料、铸造、检验检测、加工技术、表面处理等全链路的镁合金标准体系，同时也对部分关键标准进行了说明，以供其他领域或相关人员进行参考和借鉴。

关键词：航天，镁合金，标准体系

DOI编码：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

由于镁合金相对钢、铝合金材料而言具有更高的比强度，可减轻结构重量，此外其电磁屏蔽能力、散热导热性以及压铸加工性都较优，兼具可再生、绿色环保等特点，被广泛应用于航空航天、交通运输、国防军事、电子产品等领域，特别是高性能镁合金材料在航空航天和国防建设中占有十分重要的地位[1]。

镁合金是减轻航天装备质量，实现航天装备轻量化，提高航天装备各项性能的理想结构材料，航天装备的需要，推动了高性能镁合金材料及应用技术开发的发展。在航天领域方面，ZM5、ZM6等铸造镁合金已大批量用于舱体、卫星支架等重要零件，镁合金的轻量化带来的经济效益和性能改善十分显著。随着冶炼和加工技术的进步、价格的降低、航天装备轻量化要求的日益提高，镁合金在航天领域中的应用需求越来越大[2-3]。因此有必要开展镁合金标准体系研究，为镁合金在航天领域的广泛应用提供支撑。

1 镁合金标准化现状

目前镁及镁合金共有国际标准30余项，并且我国从2008年开始承担ISO/TC 79/SC 5镁及镁合金标准化技术委员会秘书处的工作，我国在该领域的话语权不断增强。镁及镁合金国内标准化工作经过多年的积累，目前已发布国家标准、行业标准70余项，形成了以通用基础、试验检测标准、产品标准为主线的相对完善的标准体系表，但也缺乏镁合金行业的环保、安全、能耗等基础标准[4]。随着近年来镁和镁合金在航天领域的大规模应用，航天的特殊条件，对镁及镁合金的材料强度、腐蚀防护性能等提出了各种需求[5]，故高强镁合金的技术条件、表面处理方法，以及对应的检测方法标准体系也急需构建并完善。

结合镁及镁合金在航天领域的应用现状，以及发展趋势，目前标准对支撑镁合金材料在航天领域的应用略显不足，主要表现在以下几个方面。

（1）镁合金加工、热处理等过程标准略显不足，需修订一批标准。例如随着加工技术的不断进步，需对《镁合金构件铣削工艺规范》等标准进行修订和完善；另外，随着环保意识的增强，镁合金热处理的方式和方法已逐步淘汰硫铁矿等传统方法，也需要对《镁合金热处理工艺规范》等标准进行修订。

（2）镁合金表面处理等标准急需制定。镁合金材料耐蚀性能相对较低，这在一定程度上限制了镁合金产品在航天领域的推广和应用。在通过提高镁合金材料纯度的同时，适当的表面处理是提高材料耐蚀性能的重要手段，镁合金表面改性的常用方式有化学转化、阳极氧化、微弧氧化等等，急需制定相關标准，以规范其在航天领域的应用。

（3）未建立完备的镁合金标准体系。虽然镁合金在航天领域有较为广泛的应用，但缺少从镁合金材料研发到产品应用的标准梳理，未建立相应的标准体系，缺乏对镁合金在航天领域的应用支撑。

2 标准体系构建

2.1 目标与原则

航天领域镁合金标准体系的构建，主要以《国家标准化发展纲要》为指导，结合镁合金在航天领域的应用现状及前景，从镁合金材料、铸造工艺、检验检测、加工技术、表面处理等各环节进行全面梳理，从而建立建成满足需求、重点突出、结构合理、科学实用的镁合金全链路技术规范体系，以保证镁合金材料研发、生产和应用各个环节有标准可依，有标准可查的目的。在标准体系构建过程中，应遵循以下原则：

（1）明确目标，科学实用

此为构建标准体系的首要原则，构建航天镁合金标准体系主要目标就是为提高航天镁合金产品的系统性和适用性，为其在航天领域中的应用，提供标准化技术支持。

（2）全面系统，层次清晰

航天镁合金应用产品涉及材料、工艺、检测、表面处理等多个专业领域，标准体系的构建应在充分查阅资料的基础上，对所涉及的专业领域进行深挖剖析，理清边界、逐层划分，以“有标采标、无标制标”为手段，做到体系框架合理、内容全面、重点突出、层析清晰，实现标准体系总体布局的科学、系统和平衡。

（3）开放兼容，持续改进

航天镁合金标准体系不仅应包含现行标准，还应包含后续计划制定的标准，尽量保持标准体系的前瞻性、开放新和可扩充性。同时，还应加强标准与法律、环保要求等的衔接配套，结合航天镁合金产品实际使用情况，定期对标准体系修改完善，形成制定、实施、检查、修订的PDCA良性循环，提高标准体系的系统性、协调性、科学性和可操作性。

2.2 总体框架

航天用镁合金产品从材料开发到应用涉及诸多过程，该体系的构建尽可能将涉及到所有内容涵盖其中，根据镁合金产品研制全链路，按镁合金材料、铸造过程、检验检测、加工技术、表面处理、通用基础进行划分。其次在一级体系的基础上，结合在航天领域应用的实际情况，对二级子体系进行归纳、研究、解析和分类，构建了航天用镁合金标准体系结构图，如图1所示。

2.3 体系内容和范围

2.3.1 镁合金材料标准

镁合金材料标准主要包括镁合金材料、镁基复合材料等2个部分，重点是高强韧Mg-稀土系铸造镁合金等标准、主要包括铸造镁合金锭、稀土耐热铸造镁合金及铸件规范、稀土耐热铸造镁合金技术要求、稀土耐热铸造镁合金等标准，主要规定稀土耐热镁合金牌号、熔炼方法、热处理方法以及力学性能等技术类标准。

2.3.2 铸造标准

铸造标准主要包括镁合金铸造共性技术和镁合金铸造技术2个部分，其重点是镁合金铸造技术分支下的工艺数字化、型壳制造技术标准。工艺数字化标准主要规定了数字化铸造所需的三维模型设计、仿真、变形预测与尺寸控制技术要求及铸件尺寸公差、快速铸造质量控制规范等内容；型壳制备标准主要规定了各种型壳制备所需原砂、耐火材料、粘结剂技术要求及质量验收规范、模具制作要求、型壳3D打印技术规范和型壳数字化制造规范等内容，确保实现高质量、高尺寸精度铸件的研制。

2.3.3 试验检测标准

试验检测标准主要包括无损检测技术标准、理化检测技术标准。其重点是射线检测技术、荧光渗透检测技术、理化分析技术及膜层性能分析与测试技术标准，对镁合金材料的性能检测和分析进行规定，解决镁合金内部质量、表面质量检测、镁合金材料检测的试样、检测方法等问题，确保镁合金制品的性能及质量的稳定性。

2.3.4 加工技术标准

加工技术标准主要包括连接、机械加工技术等2部分。连接标准分支其重点是规定镁合金铸件搅拌摩擦补焊、焊接过程的人员、设备、安全、工艺流程、质量控制技术要求等内容。机械加工分支主要是镁合金高效加工技术和复杂铸件自适应加工技术，其重点是镁合金高效加工技术标准，规定了镁合金加工工艺、程序、仿真、刀具、冷却、安全、质量控制等内容，解决不同结构类型产品加工质量和效率的问题。

2.3.5 表面处理标准

表面处理标准主要包括后处理技术部分，主要用于镁合金的防腐蚀和功能性改性，规定了防腐蚀膜层和功能性膜层的制备方法、适用范围、功能性指标等检验检测方法，解决镁合金后处理技术和质量规范化、流程化的问题。

2.3.6 通用基础标准

通用基础标准模块是通用基础标准和安全生产标准为基础，梳理与镁合金生产相关的共性通用基础标准。主要包括术语符号、安全生产等2个部分，为整个体系应用提供支撐。

2.4 关键标准

通过航天镁合金标准体系构建，共梳理在用和后续新增标准共计194项。在镁合金标准体系建设范围内，根据目前镁合金材料在航天领域应用的主要矛盾和突出问题，提出新增和修订的关键标准共计7项。部分关键标准如下：（1）《高强耐热镁合金技术规范》，针对高强耐热镁合金的应用制定技术条件，以扩展其在航天领域的应用范围；（2）《铸造镁合金热处理工艺规范》，针对目前新工艺实施，在镁合金热处理过程中不再使用硫铁矿，减小了环境污染等因素，需对其进行修订和完善；（3）《镁合金铸件缺陷修复技术条件》，针对目前不可避免的铸造缺陷，达成可修复的技术条件，形成统一标准，提升产品合格率。

3 标准体系建设成效

3.1 产品质量水平提升

标准决定质量，有什么样的标准就有什么样的质量，只有高标准才有高质量。经过对航天领域镁合金标准体系梳理，建立了完善的《航天镁合金标准体系》，规范了镁合金铸造过程、加工过程，明确了表面处理要求，统一了检测验收条件，使得镁合金产品质量水平大幅提升，为镁合金在航天领域的进一步工程应用奠定了基础。

3.2 支撑产业发展

航天镁合金标准体系的建立，不仅可支撑镁合金在航天领域的应用，也可以扩展其到其他领域，以支撑整个镁合金产业的发展。在国家层面，我国从宏观产业规划、发展路线以及工艺优化等角度大力支持高端轻合金产业发展，以破除航空航天、高端装备等领域重大装备材料开发和制造工艺瓶颈，不断提升镁合金产业的国际竞争力。

3.3 环保意识加强

在镁合金标准体系制定过程中，特别是考虑到环保、绿色生产等因素，修订《铸造镁合金热处理工艺规范》，废除了硫铁矿的使用，杜绝了SO2气体的产生，使得镁合金生产过程更环保；新制定《镁合金磷酸盐化学转化溶液检测方法》，提出了应使用磷酸盐代替铬酸盐，以减少铬离子（重金属）对环境的破坏，使得生产过程更为绿色，进一步提升了对环境保护的意识。

3.4 标准化意识提升

通过镁合金标准体系的梳理，提升了各相关部门及管理、技术、环保人员对标准重要性的认识，同时注重标准化的培训，增强了执行标准的自觉性，形成了一种学标准、用标准、推标准的良好循环，“工作有标准可依、检查用标准衡量、验收用标准说话”和“学标准、用标准”的氛围逐步形成，人员标准化意识得到大幅提升。

4 结 论

加强标准化工作，实施标准化战略，是一项重要和紧迫的任务，对经济社会发展具有长远意义。谁制定标准，谁就拥有话语权；谁掌握标准，谁就占据制高点。虽然镁及镁合金标准化工作经过多年的积累，目前也建立了航天领域镁合金标准体系，但未来还要在现有体系的基础上继续发展，通过一系列技术标准的制修订工作，为镁合金在航天领域的应用提供标准支撑。

参考文献

[1]候正全，蒋斌，王煜烨等.镁合金新材料及制备加工新技术发展与应用[J].上海航天，2021，38（3）：119-133.

[2]丁文江.镁合金科学与技术[ M ] .北京：科学出版社，2007：365-371.

[3]陈舸，肖旅，董喜旺，等. 低溶质总量高强镁合金复杂铸件本体性能优化[J].特種铸造及有色合金，2020，40（8）：813-819.

[4]席欢.镁及镁合金行业标准体系不断完善相关标准研制井喷可期[J].世界有色金属，2019：161-164.

[5]杨力祥，肖旅，周海涛，等.高强耐热稀土镁合金研究进展[J].上海航天，2019（36）：38-44.

作者简介

刘普林，硕士研究生，主要从事数字化制造、标准化管理等方面的研究。

（责任编辑：张佩玉）