摘要:介绍了镁合金在汽车工业中的优势、局限性、技术壁垒和发展前景。此外,还评估了镁在汽车应用中对环境保护的影响。镁涂层和合金化的最新进展提高了镁合金在高温和腐蚀环境下的蠕变和耐腐蚀性能。研究结果表明,合理的价格和改善镁及其合金的性能将导致镁的大量使用。与使用替代材料相比,使用镁合金可减轻22%至70%的重量。最后,随着镁合金成形工艺知识的增加,镁在汽车零部件中的应用也在增加。
镁是所有工程金属中最轻的,密度为1.74 g/cm3[1]。它比铝(2.7 g/cm3)轻35%,比钢(7.86 g/cm3)轻4倍以上。镁是第八常见元素。它是通过用硅金属热还原氧化镁或电解海水中的氯化镁来产生的。每立方米海水中含有约1.3千克(0.3%)的镁。它具有良好的延展性,比铝具有更好的噪声和减振性能,铸造性能优异。将镁与铝、锰、稀土、钍、锌或锆合金合金化可提高强度重量比,使其成为重要的应用材料,在重量减轻很重要的情况下,以及在需要减少惯性力的情况下。由于这种特性,更致密的材料,不仅钢、铸铁和铜基合金,甚至铝合金也被镁基合金所取代。由于立法限制排放,减少汽车部件重量的要求引起了人们对镁的新兴趣。汽车制造公司在镁及其合金的研究和开发方面做了大量的工作。大众是第一个在其甲壳虫模型上应用镁的汽车工业,甲壳虫模型每辆车使用22公斤的镁。保时捷在1928年首次使用镁发动机。2005年、2010年和2015年,每辆车的镁平均使用量和预计使用量分别为3千克、20千克和50千克。过去,铝和一些塑料被用作汽车零件的首选材料。近年来,镁在汽车领域的应用日益增多。近年来,镁及镁合金的研究和发展主要集中在减轻重量、节能和限制环境影响方面。除了技术、生态和经济要求外,还必须满足车辆部件的基本要求,才能实现这些目标。
全球趋势迫使汽车工业生产更轻、更环保、更安全、更便宜的汽车。由于立法和消费者对更安全、更清洁的车辆的要求,主要的汽车制造商正集中精力减少汽车重量并限制废气排放量。由于二氧化碳排放量与燃油消耗量成正比,汽车重量已成为设计效率评估的最关键标准。汽车重量的减少不仅节省了能源,而且还减少了温室气体的排放。将汽车重量减少一定的量将导致燃油经济性的类似百分比的改善。燃料效率导致对镁成分的潜在用途进行广泛的评估。重量减少100千克表示车辆每100公里节省约0.5升燃油。高强度钢、铝(al)和复合材料已经被用于减轻重量,但更多地使用低密度镁及其合金可以实现额外的减轻。通过创新的结构设计和增加轻质材料的使用,可以减轻重量。目前,北美的平均汽车使用0.25%(3.8千克)镁和8%(120千克)铝。镁加工、合金开发、连接、表面处理、耐腐蚀性和机械性能改善等方面仍需进行大量的研究。
环境保护是人们关注镁及其合金的主要原因之一。环境保护在很大程度上取决于运输业,特别是运输车辆产生的二氧化碳排放。减重是显著降低油耗和二氧化碳排放的最经济有效的选择。欧洲和北美的汽车生产商计划将燃料消耗量减少25%,从而在2010年实现30%的二氧化碳减排。镁的消费在过去20年中有了很大的增长。北美是主要消费国,西欧和日本紧随其后。大部分可用镁仍用于铝合金化,只有约34%直接用于镁零件,可分为铸造应用(33.5%)和锻造材料(0.5%)。
材料 AZ91D镁合金是应用最广泛的镁合金压铸件,具有良好的机械性能、耐腐蚀性和可铸造性。 通过对铁、铜和镍这三种金属杂质施加非常严格的限制,可以达到耐腐蚀的目的。这些限制在非常低的水平,使它有必要使用...
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