金属镁对于汽车燃油效率的贡献

随着2025年企业平均燃油经济性（CAFE）标准越来越接近，提高燃油效率是当今各大汽车制造商的目标。为此，轻量化一直是这场竞赛的名字，超过一半的汽车制造商追求轻量化材料，以满足CAFE的标准。

一段时间以来，钢与铝的较量一直在进行，但一种新的挤压方法可能会在混合物中引入第三个参与者：镁。

镁是所有结构金属中最轻的，比钢轻75%，比铝轻33%，是地球上第四常见元素，仅次于铁、硅和氧。然而，尽管重量轻且天然丰富，汽车制造商在尝试将镁合金纳入汽车结构部件的过程中遇到了困难，需要镝、镨和镱等稀土元素来增强其强度。

然而，能源部太平洋西北国家实验室（PNNL）开发的一种新的挤压工艺应使汽车工业将镁合金纳入结构部件更为可行。该方法有潜力通过消除对稀土元素的需求来降低成本，同时提高材料的结构性能。

剪切辅助加工和挤压

美国能源部的工程师和材料科学家们理论上认为，在挤压过程中旋转镁合金可以通过机械摩擦产生足够的热量来软化材料，使其通过模具被挤压，形成管子、杆和通道。这种方法消除了对传统挤压机中使用的耗电电阻加热器的需求。

该团队设计并调试了一个称为剪切辅助加工和挤压（形状）机的工业版本。他们使用成形机挤压直径达2英寸的薄壁圆管，这些圆管由镁铝锌合金AZ91和ZK60A制成。对管子的机械性能进行测试发现，它具有25%以上的室温延展性，与典型的挤压件相比，这是一个显著的改进。

首席研究员兼机械工程师Scott Whalen说：“在成形过程中，我们在金属内部得到高度精炼的微观结构，在某些情况下，甚至能够形成纳米结构特征。”每分钟的旋转次数越高，颗粒越小，使油管更坚固，更具延展性或柔韧性。此外，我们还可以控制金属中晶体结构的方向，以提高镁的能量吸收，使其与铝的能量吸收相等。”