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镁应用

全球汽车高端镁合金零部件开发与应用现状及趋势

发布时间：2023-10-09 作者：综合管理部

摘要:中国目前正在大力实施“节能减排”和“双碳”战略。作为我国最具资源优势的轻金属材料，镁(Mg)合金在汽车等领域的应用正在逐步扩大。重庆大学、上海交通大学和澳大利亚国立大学对镁合金的制备、性能和工艺进行了广泛的研究。在过去的20年里，镁合金在汽车工业中的比重逐渐扩大，而目前汽车用镁合金零部件的设计和开发却鲜有报道。因此，本文主要从整车四大系统(车身系统、底盘系统、动力系统、内饰系统和外饰系统)总结了镁合金的应用模式和典型零部件案例。


      各大汽车零部件制造商都在投资生产和开发镁合金汽车压铸件。根据“节能与新能源汽车2.0技术路线图”的判断，整车轻量化系数将逐步降低[58]。目前，全球单车镁合金使用量与2030年单车镁合金使用量目标值仍有巨大差距，汽车镁合金需求扩张潜力强劲。

      汽车制造业在镁合金消费中所占份额最高，约为70%[59]。镁合金汽车零件多种多样，结构零件(座椅框架和前端框架)、耐高温零件(气缸体)和运动零件(车轮)都具有承受低机械和化学载荷的共同特征。图一总结了汽车镁合金部件的发展历史，并给出了OEM的实例。镁合金的发展与政策、环境、需求等因素密切相关。本文以时间和OEM镁合金产品案例为线索，将镁合金的发展分为四个阶段。本文着重总结了近20年来OEM成功的案例，主要集中在第四阶段。

一、镁合金在汽车零部件发展的历史进程中



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图1镁合金在汽车零部件发展的历史进程中

      第一阶段:1808年，英国化学家汉弗莱·戴维分离出金属镁[60],[61],[62]，但是直到1828年安托万-亚历山大·布西才从无水氯化镁中分离出纯镁[63]。到19世纪80年代，德国建立了世界上第一家电解镁厂，开始工业化生产镁合金。早在20世纪30年代，德国就率先将镁合金应用于汽车制造业。几年后，苏联政府把镁合金投入到飞机的制造生产中。英国首次将镁合金应用于摩托车变速箱壳体。在此期间，镁合金的产量达到1200吨/年。

      第二阶段:在第二次世界大战期间，由于军事装备的制造，镁合金的产量急剧增加[64]。但1946年后，镁合金的发展开始趋于平稳。

      第三阶段:直到20世纪90年代，受汽车尾气排放、能源消耗和环保政策的影响，世界各国开始重视镁合金的开发和研究。

      第四阶段:到了21世纪10年代，凭借优异的材料性能，镁及铝合金在车身和封闭件上的应用迅速增长，特别是对于纯电动和混合动力汽车。特别是在最近20年，主要的原始设备制造商一直在提高镁合金在汽车中的使用，导致市场上出现了许多镁合金部件。

二、镁合金系列在车身上的应用领域

      表2全面概述了汽车部件用不同系列镁合金的映射关系[45]。目前，AZ91D、AM60B和AM50是汽车镁合金应用中最常见的材料。因此，本节回顾并总结了镁合金在车身系统、底盘系统、动力系统以及内外饰系统中的应用[21,29,65,66]。

表2镁合金系列在车身上的应用领域

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总结与展望

      作为一种工程材料，镁以其优异的性能在汽车工业中站稳了脚跟。综述的主要目的是用实例说明镁合金在汽车工业中的广泛应用，以增加主机厂开发新零件的信心。同时，镁合金的应用仍然遵循在合适的地方使用合适的材料的原则，充分发挥其密度轻、流动性好等优点，尽量避免强度低、易腐蚀等缺点。由此，得到以下核心结论:

(1)汽车应用中的主流材料是AM50/60、AZ91D系列镁合金，成型工艺最常见的是压铸工艺。

(2)为了避免材料本身承载性能不高的缺点，在承载要求非常高的梁系结构件中不使用Mg，但在汽车拆解的总成件中一般以骨架或支架的形式使用。

(3)镁适用于不易受以下因素影响的环境电偶腐蚀，比如用塑料包裹的方向盘骨，放在仪表盘里的CCB，用泡沫和皮革包裹的座椅骨架。

(4)在原材料成本居高不下的基础上，进行结构设计和优化，试图突破降低成本。



      令人鼓舞的是，镁是一种很有前途的材料。许多跨国和跨学科合作正在研究镁合金增材制造和储氢技术。大量的研究正在积极地帮助开发镁合金作为优质轻质材料，包括不完整的数据库系统、连接和组装过程、窄的热加工温度范围、不均匀的塑性流动、虚拟软件开发、成本居高不下、用于储存氢的材料等。

      工艺和成本问题、技术创新能力不足、产业结构矛盾等问题使得镁合金在汽车行业的发展受到限制。然而，这充分证明了该应用是有前途的。为了使镁合金成为具有额外环境和经济效益的替代材料，汽车部件的生产必须更接近消费者。此外，在政策支持下，更多尝试采用绿色电力电解镁技术是一种可循环、生态的方式。这些挑战是全球性的，需要产业链的大力合作。在不久的将来，新的镁合金结构和技术取得突破将更好地满足日益增长的汽车轻量化需求。

来源：汽车材料网


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