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鎂合金在國內外汽車業(yè)研究與應用發(fā)展
2010年8月4日 |
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1755年人類發(fā)現(xiàn)了鎂的化合物，鎂作為有使用價值的材料始于1808年。直到1886年在德國首先開始應用于工業(yè)領域，1909年在德國法蘭克福國際航空展覽會上，首先出現(xiàn)了用鎂合金所鑄的構件。1916年美國道屋DOW化學公司開始生產(chǎn)工業(yè)化電解鎂，1927年世界上出現(xiàn)高強度鎂合金。
汽車生產(chǎn)制造廠商試用鎂合金壓鑄件來減輕汽車重量的方法，至少已有70年的歷史。最早如德國的Alder工廠在1927年 1930年，在其生產(chǎn)的每輛汽車上就用了平均73．8kg左右的鎂合金。德國大眾汽車(巴西)公司在1936年——1940年間，曾在其生產(chǎn)“甲殼蟲”汽車上的曲軸箱、傳動箱殼體等發(fā)動機傳動系統(tǒng)部件累計用掉了4萬噸鎂合金。美國在1948年-1962年的l0余年間，采用熱室壓鑄機生產(chǎn)了數(shù)百萬件鎂壓鑄件，供汽車工業(yè)使用。到了上個世紀70年代，因鎂合金材料價格上揚，成本增高，汽車工業(yè)應用受阻。上個世紀80年代起，汽車輕量化呼聲強烈，鎂壓鑄件應用加快供汽車工業(yè)使用。上個世紀90年代中期，鎂原料產(chǎn)量大增，價格逐漸與鋁合金相近，加上鎂壓鑄生產(chǎn)工藝、技術、設備日益完善，鎂材料應用進入全面成熟階段，發(fā)展空前。1991年全球汽車試用鎂壓鑄件2．5萬噸，至1995年鎂壓鑄件5．6萬噸，2000年則達l4．5萬噸。已占全球鎂壓鑄件產(chǎn)品的80％。鎂合金材料在技術上、經(jīng)濟上已經(jīng)獲得了廣泛的應用。
目前歐洲正在使用和研制中的鎂基合金汽車零部件已超過60多種，北美正在使用和正在研制中的鎂基合金汽車零部件已多達100多種。美國福特汽車公司單車采用30個鎂合金壓鑄件，通用公司采用45個鎂合金壓鑄件，克萊斯勒公司采用20個鎂合金壓鑄件，單車用鎂合金量為20kg一40kg。福特公司已在2000年新概念車型上每車使用鎂合金件達103kg。
根據(jù)資料顯示：今后5年內在汽車工業(yè)材料應用增長最快的是鎂合金壓鑄件。鎂合金壓鑄件適應做：汽車儀表板；汽車座椅骨架；變速箱殼體；方向盤操縱系統(tǒng)部件；發(fā)動機零部件；車門框架；輪轂；支架；離合器殼體；車身支架等等。
工業(yè)發(fā)達國家采用鎂合金壓鑄件制造汽車零部件的趨勢是越來越多。1996年至2001年，全球用于汽車零部件的鎂合金壓鑄件數(shù)量平均每年遞增25％左右。其中在北美增加速度為30％，在歐洲則超過3O％。我國在鎂合金的應用是在上世紀50年代末用來制造飛機上結構件。上世紀70年代初，開始應用于風動工具(鑿巖機)上，上世紀80年代末上海桑塔納轎車投產(chǎn)后，鎂合金才開始應用于汽車工業(yè)上。“九五”期間，北京有色金屬研究總院和東風汽車公司共同承擔了國家“九五”科技攻關項目，對鎂合金新材料及鑄造技術在汽車上的應用進行了專題攻關研究，目前正在對鎂合金零件的使用性能進行認證。
1、開發(fā)鎂合金零部件
歐洲正在使用和研制的鎂合金汽車零部件有60多種，單車用鎂合金9．3kg-20．3kg。北美正在使用和研制的鎂合金汽車零部件有100多種，是世界上汽車用鎂合金量最大的地區(qū)。單車用鎂合金5．8kg一26．3kg。鎂合金變速桿幾乎被日本所有生產(chǎn)自動變速汽車的企業(yè)采用。日本大多數(shù)生產(chǎn)手動變速汽車的企業(yè)也在想盡辦法應用鎂合金變速桿。日本采用鎂合金座椅架的車種在不斷增加。另外，鎂合金變速箱體、儀表盤、車門內框和車扶手也將在日本生產(chǎn)的汽車上得到廣泛應用。權威機構公布的最新統(tǒng)計結果顯示：歐美的汽車用鎂合金壓鑄件正在以年均25％的速度增加；雖然當前全世界所有汽車的鎂合金平均用量只有2．3kg。但是汽車用鎂合金量正在以年均20％的速度上升。世界各大汽車公司都已經(jīng)把采用鎂合金零部件的多少作為衡量其汽車產(chǎn)品技術是否領先的標志。福特汽車公司計劃在今后20年內將每輛汽車的鎂合金用量提高到113kg。當前，發(fā)達國家的賽車及部分民用高檔車正在使用鎂合金輪轂，奔馳、寶馬、豐田、本田和三菱等汽車公司不久將大幅度提高鎂合金鍛造輪轂的用量。越來越多地采用鎂合金零部件，是世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
日本開發(fā)出阻燃性鎂合金汽車材料使車重減輕25％，據(jù)報載，日本成功加工出了阻燃性鎂合金材料的汽車頂箱(長2000mm×寬670mm×高270mm，重約12.5kg)。與市售FRP(強化塑料)產(chǎn)品相比，重量大約可減輕25％。今后準備通過進一步發(fā)展該技術，利用具有良好特性的鎂合金擠壓材料和延壓材料等，從事三維形狀更為復雜的產(chǎn)品開發(fā)。這種阻燃性鎂合金將引燃溫度比普通情況下提高了200。C-300.C，通過增強其著火燃料性，提高了安全性。
2、研究與應用發(fā)展
據(jù)報載，通用汽車公司、大眾公司、馬自達公司、日產(chǎn)公司、三菱公司鎂業(yè)等、美國三大汽車公司聯(lián)合對新開發(fā)的耐熱鎂合金進行經(jīng)濟和技術評估。大眾汽車公司對新開發(fā)的耐熱鎂合金進行工業(yè)化中試生產(chǎn)和應用，效果良好。國內采用低成本鎂、稀土中間合金開發(fā)新型耐熱鎂合金取得進展。變形鎂合金及其加工技術正在成為鎂合金研究和應用領域的熱點，包括鎂合金等通道轉角擠壓技術。鎂合金超塑性研究，重要研究方向是：高應變速率超塑性，對于節(jié)約能源、提高生產(chǎn)率、擴大應用都有很重要的意義；大晶粒工業(yè)態(tài)鎂合金超塑性，研究晶粒較大的工業(yè)態(tài)鎂合金在一定條件下的超塑性，因其不需要預加工可節(jié)約能源，故有更大的應用前景；鎂合金低溫超塑性。研究鎂合金在較低的溫度下進行超塑性變形的研究。
鎂合金材料的研究和應用前景是非常廣闊的，相對于其它金屬材料(如鋁、鋼等)的研究發(fā)展水平，我國與世界發(fā)達國家的差距較小，可以說幾乎處在同一起跑線上。如果集中國內的優(yōu)勢力量。針對關鍵科學問題展開研究。就有可能取得重大突破，達到甚至趕超世界先進水平。我國近年在鎂合金技術開發(fā)和應用領域取得了長足進步，作為世界第一“鎂”大國要造好鎂、用好鎂，造福于中國和世界，并在鎂的研究領域成為世界領頭羊，推動鎂合金走可持續(xù)發(fā)展之路，同時還要開展好鎂合金的重大基礎研究。
隨著科學技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代汽車制造材料的構成，發(fā)生了較大的變化。高密度材料的比例下降，低密度材料有較大幅度的增加。金屬的應用范圍在不斷擴大。可以說，從上世紀90年代開始，汽車材料向輕量化、節(jié)省資源、高性能和高功能方向發(fā)展。現(xiàn)代汽車越來越多地使用鋁、鎂、鈦合金輕合金材料。鋁、鎂、鈦合金在現(xiàn)代汽車的輕量化中將扮演極為重要的角色，被認為是2l世紀最富于開發(fā)和應用潛力的“綠色材料”。采用鋁、鎂、鈦合金材料，可提高汽車的安全性，因此將是總的發(fā)展趨勢。 |
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