↑↑新世纪对改善汽车燃油经济指标提出了更高的要求,而减轻汽车重量一直是实现这一目标的最有效手段。以轻质、可再循环和良好铸造性能为主要特点的镁合金,正是满足这一要求的理想结构材料,被誉为21世纪绿色金属结构材料。近十年来,以北美和欧洲为首对镁在汽车工业的应用和研究,使全球镁合金的消耗逐年上升。这一势头还将在21世纪持续下去。↑↑↑
↑↑↑一、镁材在汽车工业应用步伐加快↑↑↑
↑↑↑1↑↑↑.↑↑↑用镁增长较快↑↑↑
↑↑↑近十年来,全球范围镁合金铸件在轿车上的应用呈大幅度提高之势。据国际镁协会↑↑↑(↑↑↑IMA↑↑↑)↑↑↑不完全统计数据,1991年全球镁消耗量约为24,000t,至1997年,这一数字已增加到64,000t,而这一增长的80%是汽车工业的应用。近几年,轿车镁铸件的应用以每年20%的速度增长,1996年,通用公司生产的轿车,每车采用45个镁合金铸件,1998年美国汽车镁合金铸件年产已高达1↑↑↑.↑↑↑3万t。而在新世纪里,像Volkswagen、通用这样一些公司,用镁比例将会有更大的增长。放眼全球,世界各国高度重视镁合金的研究与开发,美、德、澳大利亚等工业发达国家,相继出台了各自的镁研究计划,将镁资源作为21世纪的重要战略物资。↑↑↑
↑↑↑2↑↑↑.↑↑↑汽车制造商纷纷开发镁材配件↑↑↑
↑↑↑对于汽车来说,减轻重量就意味着减少燃料消耗并减少了不受欢迎的排放物的产生。在北美一些国家甚至通过立法手段来强制这一目标的实现。在这方面,汽车制造商已经着手使目前的汽车重量比早期产品减轻40%,能实现这一成就,只有镁合金最能担此重任。在北美,80年代中后期利用镁合金减轻机动车辆重量的主要驱动因素是安全考虑和避免罚款。为此,工程师们决定在引擎、车身和其它内部零件上进行镁合金应用的开发,并在消除人们对镁的腐蚀、易燃和成本等方面的疑虑上获得了突破性的进展。↑↑↑
↑↑↑上世纪八、九十年代初,欧洲和日本开始了他们的用镁计划。丰田公司最先在方向盘轴柱部件上使用了镁压铸件,奔驰则制订了座架的用镁计划,而Audi则在欧洲市场最先推出了镁合金仪表盘座。与此同时,北美汽车制造商继续在驾驶座、仪表盘和气袋式车辆的方向盘部件上发展镁的应用。世界其它地区的主要汽车制造厂也在类似一些应用上亦步亦趋,追赶这一潮流。人们注意到,通用、福特和丰田正在计划调整他们的汽车部件用料。除了继续致力于现有镁压铸件,他们还将推出新的镁压铸产品。↑↑↑
↑↑↑二、镁合金的优势↑↑↑
↑↑↑镁合金是一种极轻的工程金属材料,它有着“一轻一高三好”的特点↑↑↑--↑↑↑比重轻、比强度高,阻尼性及切削加工性好、导热性好以及减振性好,而且易于回收。↑↑↑
↑↑↑1↑↑↑.↑↑↑刚性好,重量轻↑↑↑
↑↑↑镁的最突出特性是比重轻,大约为1↑↑↑.↑↑↑8g/cm3,是铝合金的三分之二,铁的四分之一,而在刚性相同条件下,镁的重量仅为钢的1/2。镁主要用来制造各种轻合金。例如,镁跟铝、铜、锡、锰、钛、铍等金属元素形成的多种合金↑↑↑(↑↑↑约含镁质量分数为80%↑↑↑)↑↑↑,密度只有1↑↑↑.↑↑↑8g/cm3左右,但硬度和强度都较大。镁合金还有绝佳的抗冲击性,是塑料的20倍。这些特性表明了镁在减轻重量方面的巨大潜力。↑↑↑
↑↑↑2↑↑↑.↑↑↑低的熔化黏滞性和良好的填注成型特性↑↑↑
↑↑↑这一特性使镁合金易于铸成复杂、薄壁结构,并把多个功能零件集成一件,以取代以往常见的多钢件焊接或装配结构,达到了减重、减少装配工作、消除可能出现的尺寸误差和减少运行噪音产生的目的。↑↑↑
↑↑↑3↑↑↑.↑↑↑可再生利用↑↑↑
↑↑↑每年约有6000万辆汽车投放到地球上,如果全球汽车保有量保持平稳增长,每年起码将有4000万辆汽车报废,这么多的报废汽车使回收变得尤为重要。汽车工业要成为绿色产业,要求汽车的制造、使用、回收全部过程都不污染,才是完整的绿色产业概念。镁的回收效率高,且回收过程不污染。镁有595~650℃的低熔化温度,及280~370kJ/kg的低熔融比热,适于接受再生加工。可利用铸造剩料、切屑和废件重新熔化制作新零件。↑↑↑
↑↑↑4↑↑↑.↑↑↑可大规模生产↑↑↑
↑↑↑镁具有资源优势,加上利于环保的再循环能力,以及高的压铸生产率,都为其适于大规模生产提供了条件。高的模铸生产率,一般来说,其生产率比铝高出40%~50%,最高时可达铝的两倍。↑↑↑
↑↑↑镁与铁的反应性低,压铸时压铸模产生烧损少,与铝合金相比,压铸模使用寿命提高2-3倍,通常可维持20万次以上。↑↑↑
↑↑↑除此之外,还具有熔化时耗能少、尺寸稳定,易于切削性等优良特性。↑↑↑
↑↑↑5↑↑↑.↑↑↑储量丰富↑↑↑
↑↑↑我国镁资源蕴藏丰富,高品位镁资源储量居世界第一,2000年镁产量近20万t超过世界产量的1/3,居世界第一。青海盐湖蕴藏着十分丰富的镁资源,其中氯化镁32亿t,硫酸镁16亿t。世界上只有在青海柴达木盆地独特的自然地理和气候条件下,提钾后的老卤经过简单盐田蒸发,可获得高品质的氯化镁,具有很高的开发应用价值。↑↑↑
↑↑↑三、适于采用镁压铸件生产的汽车零部件↑↑↑
↑↑↑未来汽车的发展趋势概括为“三化”,即轻量化、电子化和计算机信息化。所谓轻量化,是指采用高新技术开发的新材料,以减轻整个汽车的重量。能够使汽车实现轻量化的新材料主要是指:用轻质的有色金属材料取代钢、铁、铜等,如铝合金和镁合金。其中铝合金已得到广泛认同和应用,现在奥迪全铝车身、宝马全铝底盘等都生产出来了。而镁合金是近年来正在兴起的新材料,这是由于镁冶炼技术进一步提高,镁的价格逐渐下降了;镁与铝结合后表现出非常好的压铸性能和加工性能。一方面汽车要减轻自重,一方面汽车要折旧、报废、回收,于是,铝合金在汽车上的应用,又带来了镁合金的应用,有人预计,全世界对汽车镁合金的需求量每年将递增20%以上。↑↑↑
↑↑↑汽车工业可能采用镁压铸件的场合大致可分成两大类:一类是以镁取代原先以其它材料用作压铸件的领域;另一类是直至目前还在采用焊接钢结构或铝板材料的场合。对于前者,最常见的是以镁压铸件替换锌压铸件。虽然这两种材料有同等的铸造特性,但若全面衡量重量与成本因素,选用镁显然更加合理。例如,点火装置外壳,变速箱外壳,进气岐管等,都有成功改用镁压铸件的实例。此外,镁或铝与硅、锰、锌的合金能在高温下快速降低蠕变张力,这对于例如要承受巨大机械应力和较高工作温度的引擎缸体,采用镁压铸件也是很理想的。在北美,一些大型豪华轿车和小型运输车都已采用单一镁铸件取代了过去的组合式钢结构来制作仪表盘座。↑↑↑
↑↑↑近年来,很多种轿车铸件开始采用镁合金,以适应汽车轻量化的要求。这些镁合金铸件包括:离合器外壳、引擎阀罩壳、变速箱外壳、变速箱上盖、发动机罩盖、方向盘、座椅支架、仪表盘框架、车门内板、轮辋、转向支架、刹车支架、气门支架等,甚至还有缸盖和缸体。已有超过60种零部件已采用或正在开发镁合金应用。↑↑↑
↑↑↑四、汽车工业用镁现状与前景↑↑↑
↑↑↑从20世纪50年代以来,亚洲的万事得、丰田就已致力于用镁来减轻汽车重量。80年代,本田也在汽缸头盖、轮圈等零件上开发镁的应用。目前,钤木、大发、三菱和日产等也都加入了这一行列。而在韩国,也开始用镁制作方向盘锁定器罩等一些零件。↑↑↑
↑↑↑相对于北美和欧洲,亚洲汽车工业应用镁压铸件来得比较慢。在日本,由于镁价比北美要高,以致在获得重量减轻同时,成本却上升了50%,另外,日本的OEM定单有时仍然利用廉价的和高度工程化钢结构来实现重量的减轻。↑↑↑
↑↑↑然而,如今日本的OEM定单也在越来越多地要求用镁制作某些零件。可以预期,即使在日本,镁在汽车工业上的应用也会逐渐增多。同样在韩国,由于汽车采用了气袋式结构,其方向盘轴柱也会改用镁件,从而会增加用镁量。↑↑↑
↑↑↑我国车用铸镁产业几乎从零开始。近年只有国产桑塔纳轿车采用了镁合金压铸件,用量仅为8↑↑↑.↑↑↑5kg/辆,与国外汽车镁合金平均用量40kg/辆相比,差距十分悬殊。我国政府对此极为重视。汽车,摩托车镁合金铸件的生产应用技术开发,已列为国家“十五”科技攻关项目。↑↑↑