鎂鋰合金 超輕新材質 共探新領域
鎂金屬中添加密度僅0.53g/cm3的鋰元素可形成鎂鋰合金，是目前結構金屬材料中密度最低者，其比重介於1.4-1.6，較一般鎂合金的1.8更低，與塑膠之密度則約略相等。因其結構已改變，與習知鎂合金的原子排列方式不同，此材料除超輕量外，最大特色為可常溫塑性加工成型，如軋延、沖壓等技術大量生產，不必侷限於現有的鎂合金壓鑄成型方式。
鎂鋰合金早在1960年代，美國NASA即開發應用於航太工業零件上，然因Li價昂且耐蝕性，使Mg-Li合金發展停滯。近年來，因熔煉與表面處理技術精進，加上3C產品應用潛力，使Mg-Li合金再受矚目。
工研院材料所從事超輕鎂鋰新材料之研發數載，已建立合金設計、材料分析、板材軋延、沖壓加工、表面處理等關鍵技術。在超薄板片軋延製程技術方面，可生產單捲重三十公斤、厚度0.06mm之鎂鋰捲料，及0.16-3mm之捲片材與板材，目前此技術為世上最領先者，未來將配合產業界探討各種新應用之可能，如3C產品、音響振膜、運動器材、航太零件等。
鎂合金－屬於二十一世紀的材料
鎂合金是1930年代的材料，廣泛運用於日常生活中看得到的用品，如加數機(adding-machines) 、雙筒望遠鏡、火車、巴士車架、甚至飛機引擎。當時，日 常生活用品如讀／剪票機(ticket taking machine)、梯子、手推車及打字機都是用鎂合金做的，理由是「製程上的經濟性」。
這樣的發展，簡單而真確地證明了鎂合金的運用、製成日常生活用品是行得通 的。從那時候開始，鎂合金的使用就有許多起起落落，這起落，大部分是因為鋁合 金取得、攻佔了市場。
鎂合金具有的諸般好處，我們已經看過台灣的商貿雜誌裡有許多文章提及，也 見於其他許多談材料和產業相關的出版品。除了大部分人們已經提出的、以及現有的 不同製程環境中處理鎂合金所遭遇的一些問題，我將不再重複談了，這些有時候是 過份誇大的老生常談，我根本不覺得這些是問題，反而是好處。我想談的是，台灣 努力進入鎂合金零件市場及高階的「指標性」市場（pioneering marketplace），所面臨的瓶頸、問題，這方面的課題。
我和許多台灣廠商討論過鎂合金的使用和運用，我很驚訝於有些台灣的鎂合金 零件開發者，對於鎂合金的認識是多麼的盲目。有許多人甚至宣稱，鎂合金根本強 度不夠強，防鏽能力也不夠好。然而，現在鎂合金可是許多國外廠商如 Rock Shox，甚至是台灣的避震前叉製造商如SR Suntour、RST等採用已久(指前叉外管)，也沒有聽說出什麼重大問題啊！
長話短說，鎂合金拿來自行車產業行得通嗎？
鎂合金應用於自行車產業，過去、現在和未來都行得通，但是如果你只是想要 用它來取代鋁合金，那就不一樣了。鎂合金和鋁合金是不一樣的合金，雖然某些鑄 造品，鎂合金已經成為鋁合金的替代品了，在同樣的用品及形式裡，有許多複雜的因 素，促使用鎂合金會比鋁合金還更行得通。
而其他形式方面，如管材、輪圈及鍛件，則需要考量到基於鎂合金特性的特殊 設計，也就是必須考量到鎂合金所有的機械、物理及化學特質。如果循著以下的方 法指引做，我們可以發現，鎂合金許多新的、有利可圖的用途 ：
一、 Magnesium marketing鎂合金的市場、行銷性格
如何證明、確定台灣會成為一個鎂合金製造基地？
1. 台灣的產品設計師必須清楚、完全地了解並尊敬鎂合金的化學及機械金屬性。
2. 我們必須了解到，在原材料、在製程控制、熱處理、甚至最終的材料特性上省那 百分之五的成本，其實一點也不聰明。在製程(engineering) 和採購上皆然。
3. 我們必須學會不只是單純提供樣品給國外客戶，而能夠推自己的指標產品 (benchmark products without overseas samples)。除了少數例外之外，台灣廠商並沒有引導新產品型式的能力 (Taiwan has not pioneered new product categories)。
4. 台灣製造商必須了解到，鎂合金不是「貴的鋁合金」，它是一種非常不同的金屬， 有著非常不一樣的優點，也因而需要(和鋁合金)不一樣的產品概念。
二、 Corrosion防鏽蝕能力
鎂合金當然會腐蝕，但不會比軟鋼(mild steel)還容易生鏽。日常生活中有很多東西都是軟鋼做的，我們也沒有看到它生 鏽啊！因為它們經過表面處理和上了漆。同樣的道理，鎂合金也可以表面處理，也 可以上漆，在和鐵製品同樣環境，當然也會一樣的耐久。
三、 Flammable燃燒性
鎂合金本身並不會燃燒，除非它被磨成了細小的粉末、刨成薄片或切成小碎屑， 任何金屬在這種狀態下都有潛在危險的。即便如此，鎂合金也不會像汽油那麼容易 燃燒，而且我們可以看到打工的15歲小孩，一天唧取了上千公升的汽油，都不會 爆炸，這是因為引進了一些簡單的安全措施和機制。只要有一點常識和一點點的小 心、關心，鎂合金一點危險都沒有。
作 者 簡 介
狄家旭，簡單地說，是一個老外，但他在台灣近20年，經歷也參與 了台灣自行車業的1980年代至今，目擊也體驗了國內外業界從鐵材到鋁合 金的過渡。現在的他，簡單地說，是一個鎂合金的樂觀派代表，並且投注 了極大的時間和精力去研究、追索鎂合金的一點一滴，蒐集的資料，不知不覺地堆成一座圖書館。 2002年，他在南非設立了鎂合金材料廠Eastern Cape Magnesium，並且在捷克合作了一座鎂合金回收廢料處理廠。他說，鎂合金就是未來， 他深信鋁合金的故事可以成為鎂合金的故事，而且台灣廠商只要「腦筋轉一下」，是極可 以把鎂合金運用得很好的。
我們整理、節錄了和狄家旭的對談，從一個很了解台灣的「外人」的角度和視野， 或許提供了一些我們看不到的有趣觀點。
總體報酬與眼前近利
鎂原料好貴！鎂並不算貴，鈦合金貴，也不好處理，還是在用。便宜的材料因為成份所帶來的麻煩，可能比那省下的百分之五的採購成本還可怕。
另一方面，我們在乎的是精省那百分之五的成本，還是最後產品的獲利比率 (margin)的總體投資報酬率問題。
買美國機器5分鐘做一個豎管，但機器貴；買台灣機器30分鐘做一個豎管，效 率不好。我們在意的是眼前還是最終的報償。
做好產品要有做好產品條件；做什麼市場的產品和生意，有其必須堅持的作為。鎂合金，好的原料、好的製程掌控、好的模具，對過程和產出結果十分重要。
充份了解並尊敬你使用的金屬
ECM還有許多特殊鎂合金，如管子「鎂鋰合金」，是太空火箭用的材料
鎂合金的實用性和廣泛程度毋庸置疑，而且它的運用歷史很長遠，大家反而卻很 陌生。任何一種金屬都有其製程上的特性，都必須真正地了解它，以對待該種金屬的 方式對待它。
充份了解鎂合金，就像當年充分了解鋁合金。起初，自行車業者也不了解鋁 合金，但是從處理鋼材思維中跳脫出來，轉換到鋁合金的思維的那一段過程， 技術上know-how突破到熟悉，我們不妨回想這段歷程。
自行車零件也有不少鎂合金產品，並且會愈來愈多。
自行車的鋁合金產品幾已無利可圖，但像Easton及ITM的鎂合金豎管的零售價 格卻非常高。簡單的數學運算從買料到成品上架，鎂合金產品的利潤比例高很多倍， 即使有一天鎂合金產品的價格也壓低了，仍舊比鋁合金有利可圖。
High end市場是存在的
我們到夜市買東西，殺價、買到愈便宜的愈高興，即使產品有瑕疵，如手錶會刮手，自己磨一磨就好了。做夜市生意是如此的。
有人就愛買賓士，不買裕隆；會買Luxus的，因為品牌不因價格，他們會認為 買得有其價值。
現在美國卜威的車架可能價格滿高的，還是許多人搶著要；如果是從大陸進口的，即便也做得不錯，但已經貼了低價的標籤了。
除了少數廠商，台灣並沒有創造引領市場的指標產品(benchmark product)的能力，這和自有品牌之間有一定的關係。跟著人家做不是創造，製造和開發能力 具有優勢的台灣，晉升到指標性市場位置是可能而且有必要的，必須尋找這種屬性 的產品，鎂合金有這樣的性質。
但之前投入鎂合金產品的廠商，多半只有樣品，卻沒有產品。
Avid也曾經有鎂合金夾器，2002產品線的「撤退」(國外雜誌語)，捨鎂就鈦，請 教Avid老闆，他指出是製造商認為做不出來，而不是鎂合金有問題。
2002年狄家旭在南非設立ECM，製造鎂合金材料，廠內有一套ECM自己設計的 880噸直接擠型設備(direct extrusion press)。這套設備可以處理任何金屬材料的擠型，它特別適用於超輕金屬如鎂合金、鋁合金的 製程。
這套現代化控管的設備，裡面有超過40個感應裝置，連接到PLC控制面板上， 監看、操作從整箱原料入庫開封，到最後的裁切、成型、包裝的整個產製流程；預 熱爐和擠型也是由PLC控管，原材料進入擠型機前可以完美地掌控溫度；任何製程 細節如溫度、壓力的變動都從PLC來操作。
鎂合金的運用廣，ECM供應的鎂合金材料不只是自行車業，往來對象還包括通 用、戴姆克萊斯勒等汽車業者，自行車方面則有義大利做豎管的ITM、Vitorria做鎂 輪圈。有些台灣自行車業者也用ECM的鎂材，今年台北展將展出產品。
初期，ECM供應自行車方面的將是特別適合鍜造的鎂合 金材料、管材為主。同時也提供廠商製程控管注意事項know-how等諮 詢和意見交換，2002年，ECM在捷克合作了一座鎂合金回收 處理廠，所以也會教導廠商如何進行廢材的分類，並執行回收工作。
可以說，ECM在鎂合金方面投注了極大的心力研究和實際經驗，不只提供各式 鎂合金材料，還包括製程上和後續處理的整體配套。
我相信，現在人們怎麼用鋁合金，未來就怎麼用鎂合金。鋁合金的故事就是鎂 合金的故事。
國內有許多廠商致力於做鎂合金。於自行車製造及跨領域的應用。就如同狄家 旭在
www.magnesium.org網站上解釋自行開發出鎂合金擠型設備所言，「說起來比做 起來容易」。鎂合金的運用以外的事項，甚至連那「腦筋轉一下」也是如此，背後 的確有極其複雜的結構，左右著廠商看待、評價和處理事情的態度與實際行動。
這「腦筋轉一下」，可能是很大的一下，也可能就是轉一下這麼再簡單不過的 事了。旋轉門的背面不一定就是「現在人們怎麼用鋁合金，未來就怎麼用鎂合金」 這樣開闊的一片天。與其跳脫不出框架、看不到未來，等待別人創造未來來跟進， 他們看到的是積極面、樂觀面，並且去經營未來、創造未來。
碳鋼與鋁-矽-鎂合金反應之機制探討
本研究以1040與1020碳鋼作為實驗材料，分別探討試棒表面粗糙度與含碳量差異，及鋁液中鎂、矽元素對於鐵-鋁化合物生長的影響。
研究結果顯示：(1)當碳鋼浸入鋁液中，鋁液與碳鋼的介面間會形成Fe-Al介金屬化合物的反應層(Reactive Layer)，此反應層大部分是由Fe2Al5組成，而影響此反應層厚度的因素有；反應時間(3-60分鐘)、鋼棒表面粗糙度(0.74μm:0.07μm)、鋼棒的碳含量(0.2 wt%-0.4 wt%)及鋁液添加的元素(主要為 Si和Mg)。(2)鋼棒及鋁液介面之間有氧化膜(Oxide film)的存在，會阻礙鐵鋁介金屬化合物反應。(3)比較Al-7Si與純鋁和碳鋼的反應中，可以發現在短時間內(3分鐘)Al-7Si與碳鋼的反應層較薄，但隨著反應時間的增長(10分鐘時)，Al-7Si與碳鋼的反應層較純鋁熔液的厚，當反應時間超過20分鐘，碳鋼在Al-7Si熔液中生成的Fe-Al介金屬化合物層遠比在純鋁熔液中生成的薄。(4)比較純Al、Al-7Si、Al-1Mg和Al-7Si-0.4Mg熔液，於937K且在相同反應時間下，碳鋼在Al-7Si-0.4Mg熔液中的反應層是最薄的。
參考：
http://tmag.org.tw/news/941207.htm
http://www.wheelgiant.com.tw/Bmu/ch/html/bmu_83/BMUCH833001.HTM
鑄造工程學刊
http://www.tmag.org.tw/zilla/armory/armory.htm
