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鎂合金的應(yīng)用前景

鎂是地球上儲(chǔ)量最豐富的輕金屬元素之一，其比重是1.74g/cm3，只有鋁的2/3、鋼的1/4；鎂合金比鋁合金輕36%、比鋼輕77%。鎂具有強(qiáng)度高、剛度高，導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好，并具有很好的電磁屏蔽、阻尼性、減振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量?jī)H為鋁合金的70%和易于回收等優(yōu)點(diǎn)。除了比重低，鎂還有很多良好的物理特性，使之在汽車(chē)結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用中有時(shí)比鋁和塑料更有應(yīng)用價(jià)值。鎂的物理性能的優(yōu)點(diǎn)主要在于比鋁高30倍的減振性能；比塑料高200倍的導(dǎo)熱性能以及熱膨脹性能只有塑料的1/2。 不過(guò)，在目前汽車(chē)使用的材料中，金屬鎂僅占2.5%，而且還有相當(dāng)一部分是以合成材料的形式應(yīng)用于汽車(chē)中。據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是鎂的用量將進(jìn)一步提高，在將來(lái)的特殊車(chē)輛中，例如F1賽車(chē)中，鎂將會(huì)占到整車(chē)材料的10%左右。 目前，金屬鎂的原材料生產(chǎn)廠都在擴(kuò)大生產(chǎn)能力，例如，在中國(guó)，金屬鎂的年生產(chǎn)能力已經(jīng)從0.5萬(wàn)噸猛增到15萬(wàn)噸；在德國(guó)，鎂合金鑄件的年產(chǎn)量達(dá)到了3萬(wàn)噸，創(chuàng)造了有史以來(lái)的最高記錄。另外，許多汽車(chē)零部件供應(yīng)商和汽車(chē)生產(chǎn)廠家也都有著自己的鎂合金材料開(kāi)發(fā)項(xiàng)目和計(jì)劃，例如，北美地區(qū)就有許多這樣的設(shè)想，然而，計(jì)劃最多、增長(zhǎng)幅度最大的仍然是歐洲。表1為美國(guó)、歐洲、日本三大市場(chǎng)的鎂合金需求量。 在汽車(chē)制造領(lǐng)域中，鎂合金材料有60多種不同的用途。這些鎂合金材料的汽車(chē)零部件既可以在高檔轎車(chē)中看到，也可以在普通轎車(chē)中看到。在賽車(chē)、轎車(chē)和SUV中，價(jià)格昂貴的鎂合金材料可以加工成合格的汽車(chē)零部件，而且也可以制造成汽車(chē)的承重部件。所有的汽車(chē)生產(chǎn)廠家都在他們的產(chǎn)品中采用了鎂合金零件，只不過(guò)是用這些鎂合金材料制作的零部件不同。 制造薄壁工件 鎂合金材料制造的汽車(chē)零部件品種繁多，從汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)部件（如車(chē)輪），到汽車(chē)的結(jié)構(gòu)部件（如汽車(chē)座椅框架），再到承受高溫的耐高溫部件（如缸體），這些零部件的共同特點(diǎn)是承受的機(jī)械和化學(xué)負(fù)載較低。鎂合金材料經(jīng)常用來(lái)制造“支架”、“殼體”、“端蓋”或“堵蓋”類(lèi)零件等。由于鎂合金材料具有極好的鑄造流動(dòng)性能，因此，非常適合于制造橫拉桿之類(lèi)的薄壁結(jié)構(gòu)件和大面積的車(chē)輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，如車(chē)門(mén)和前、后艙蓋等。金屬鎂的物理化學(xué)特性使其比鋁更適合壓鑄大型部件，最常采用鎂合金材料的零部件有：  轉(zhuǎn)向軸，全球50%的轉(zhuǎn)向軸采用了鎂合金材料； 橫梁，歐洲產(chǎn)轎車(chē)中使用了約6000t的鎂合金材料； 變速器殼體，大眾公司B型車(chē)架的轎車(chē)中每天使用約600個(gè)鎂合金材料制造的變速器殼體。 原則上講，鎂合金材料主要用于汽車(chē)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，大批量、由汽車(chē)零部件供應(yīng)商提供的鎂合金零部件有望在今后的5年內(nèi)大量進(jìn)入汽車(chē)制造業(yè)，那時(shí)，戴姆勒-克萊斯勒公司生產(chǎn)的汽車(chē)將采用鎂合金自動(dòng)變速器；BMW公司生產(chǎn)的轎車(chē)將采用鎂-鋁復(fù)合材料的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，鎂合金材料在車(chē)架制造和底盤(pán)制造中以及耐高溫零部件的制造中也會(huì)進(jìn)一步增加。 除了可以比鋼和鋁減輕40%～70%的重量這一優(yōu)點(diǎn)之外，鎂合金材料在減振、降噪和環(huán)保等方面也具有很大優(yōu)勢(shì)。地球上鎂元素的含量豐富，便于對(duì)鎂合金材料廢舊零部件進(jìn)行回收再利用；與鋁合金材料相比，鎂合金材料熔化、鑄造時(shí)的能源消耗少，切削加工時(shí)機(jī)械磨損少，因此，整個(gè)生產(chǎn)費(fèi)用可比鋁合金材料減少20%左右。鎂合金材料良好的焊接性能可能會(huì)給汽車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)一場(chǎng)新的革命，它可以用來(lái)制造大量的結(jié)構(gòu)件，特別是可以制造出一些薄壁件和大面積結(jié)構(gòu)件，進(jìn)而降低汽車(chē)的總裝費(fèi)用。 盡管每公斤鎂錠的價(jià)格要比鋁和鐵貴一些，這一價(jià)格上的劣勢(shì)因鎂合金材料生產(chǎn)加工過(guò)程中的費(fèi)用低廉而得以彌補(bǔ)，單位體積的鎂熔化潛熱只有鋁的2/3，比熱只有鋁的3/4，并且有非常低的溶鐵性，因此，總價(jià)格比鋁合金材料僅高出20%左右。此外，鎂合金材料還有一些不足之處就是耐腐蝕性差、抗蠕變性能差、剛性較差。在鎂合金零部件的生產(chǎn)制造過(guò)程中，有許多問(wèn)題需要解決，例如，在澆鑄時(shí)，要克服不良的（冷）變形問(wèn)題；另外，鎂合金材料在實(shí)際應(yīng)用中還有外部裸露件的銹蝕問(wèn)題，還有在不同材質(zhì)零件混和運(yùn)輸過(guò)程中都要注意提高鎂合金的抗接觸腐蝕能力，防止金屬鎂的自燃等問(wèn)題。 新的發(fā)展機(jī)遇 與鋼、鋁材料零部件相比，鎂合金材料零部件的競(jìng)爭(zhēng)力在不斷增強(qiáng)，鎂合金材料的可回收利用性能在這方面也發(fā)揮了重要作用。當(dāng)人們充分利用了金屬鎂的特性，按照金屬鎂特性合理地設(shè)計(jì)了汽車(chē)的零部件之后，鎂合金零部件大有取代鋼、鋁零部件的趨勢(shì)，而且不致引起價(jià)格的提高。表2為未來(lái)幾年金屬鎂用量的增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)。 汽車(chē)工業(yè)中鎂合金零部件數(shù)量不斷增加的這一趨勢(shì)為零部件供應(yīng)商、系統(tǒng)供應(yīng)商提供了一個(gè)新的商機(jī)，而在生產(chǎn)加工鎂合金汽車(chē)零部件過(guò)程中，首先應(yīng)解決好金屬鎂的燒蝕問(wèn)題。德國(guó)大眾公司采用了適當(dāng)?shù)陌踩雷o(hù)措施后，可以在鎂合金材料零件的澆鑄、熔煉和切削加工中有效防止自燃。這是一種按照陽(yáng)極表面處理原理對(duì)鎂合金零件進(jìn)行防腐處理的工藝技術(shù)。 隨著科技水平的不斷提高，鎂合金材料的弱點(diǎn)也在不斷被改進(jìn)，鎂合金材料將具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。