很多人不知道镁合金已经取代钛合金被称为“第三金属”,主要是按产量和用量规模来排序的:在金属材料中,钢铁是第一金属,铝合金是第二金属,镁合金则紧随其后排在第三位。
1.产量地位钢铁:地球储量(可用矿石量)约 880 亿吨,2025年产量25亿吨。
铝合金:可用铝土矿约300 亿吨,2025年铝产量7400万吨
镁合金:地壳中含量第八的元素,海水中含量第三高的元素。
地球上的镁资源总量以“京吨”(即亿亿吨)为单位计算,仅海水中的镁就有约1800万亿吨。而人类目前每年全球原镁产量仅约122.6万吨,镁合金产量约42.84万吨。镁在地壳中含量高,海水、白云石、菱镁矿中都有大量镁资源,从资源储量角度看,它具备成为大规模应用金属的基础。
虽然绝对产量还远小于前两者,但在“轻质结构金属”这个序列里,它常被列为第三大金属材料。
镁合金目前主要用于汽车、3C电子、航空航天、军工等领域,用来减重、降能耗。它被看作继钢铁、铝合金之后,最具潜力的轻量化结构金属之一,所以有了“第三金属”的说法。
简单说,“第三金属”不是指它的性能排第三,而是指它在金属材料体系中的产量地位和发展潜力仅次于钢铁和铝合金。
那么,人类对于第三金属的主体开发达到什么程度?
钢铁是人类使用最久、研究最透的金属材料,基础性能已经被开发得相当充分。但说“完全开发”也不准确:普通碳钢、低合金钢的强度、韧性、焊接性、成本平衡已经非常成熟,冶炼、轧制、热处理工艺高度标准化。超高强度钢:如2000MPa级热冲压钢、马氏体时效钢,仍在追求更高强度与韧性的平衡;所以科学杂志给的结论是人类对钢铁“总体开发度很高(材料成熟度MML80%-90%),但极限性能和绿色制造仍在推进”。
铝合金比钢铁年轻得多,虽然已经大规模应用,但潜力远未挖尽:
1系~7系主流合金体系已经建立,铸造、挤压、轧制、锻造工艺成熟,汽车、航空、包装、建筑等主流应用已经稳定。仍在快速突破的部分:高强高韧铝合金:7系(Al-Zn-Mg-Cu)仍在追求更高强度与抗疲劳性能。
题外话:1910年《自然》(Nature)一篇文章观点点:当时最好的铝合金抗拉强度远低于优质合金钢。文章计算后得出结论,用铝合金替代钢来承受相同载荷,最终的结构反而会重约三倍。作为对比,当时的生产商甚至断言,除非能找到像炼铅、铜那样的大规模低成本方法,否则铝永远无法进入“大工业”。
在电解铝法发明之前,铝比黄金还贵,是皇室和珠宝商才用得起的“贵族金属”。在历史上是一种基于当时技术现实的科学界普遍共识,而不是某个人的个人主张。
然而时间是比自然杂志更好的论文,仅仅过了100多年,2025年全球铝产量7400万吨,那么,人类的第三金属镁合金呢?

2024 年仅 Web of Science 就收录了 4898 篇镁合金相关论文,镁合金确实还处在“刚打好地基、才起了几层”的阶段,很多学者给的意见是目前的开发程度大致在30%~40% 这个量级。耐蚀性、塑性加工、成本控制、应用场景等全链条研究已经全部启动,技术链条关键瓶颈需要时间进一步突破。
所以,答案是人类对钢铁及铝的开发已经非常成熟,颠覆性的研究难度极大。如果说钢铁铝是从95到100分突破,那么镁合金就是从60分向90分迈进,镁合金基础科学机理和主流工艺路线已经跑通,但距离像铝合金那样覆盖全场景、形成成熟的牌号体系和回收闭环,还有非常多的机遇。
镁合金现在的行业处境像百年前科学界不看好铝合金一样,铝合金是在电解铝法发明之前,铝比黄金还贵,是皇室和珠宝商才用得起的“贵族金属”。那么,你认为百年之后的镁合金的MML会达到多少呢?