鎂合金在汽車上用作零部件的歷史約有80年。到目前為止,汽車上共有60多個(gè)零部件采用鎂合金,其中儀表板支架、座椅框架、方向盤、發(fā)動(dòng)機(jī)閥蓋、變速殼箱、進(jìn)氣歧管、汽車車身等7個(gè)部件鎂合金的使用率最高。按估算,每輛歐美生產(chǎn)的汽車上平均使用約2.5kg鎂。
鎂在改善汽車性能、設(shè)計(jì)和制造方面具有比比重輕、比強(qiáng)度高、熱傳導(dǎo)性好、易于機(jī)械加工、易于回收再生等很多優(yōu)點(diǎn)。
但鎂在汽車行業(yè)應(yīng)用也面臨諸多挑戰(zhàn)。為此,是汽股份汽車研究院針制定的研究方向:
1、材料挑戰(zhàn):
與眾多的鋁合金和鋼品種相比,可用于汽車的低成本鎂合金的種類有限。傳統(tǒng)的Mg-Al鑄造合金因?yàn)闀r(shí)效硬化響應(yīng)的限制,只能提供中等力學(xué)性能。的研究方向是:1)Mg-Sn和Mg-稀土的采用;2)改進(jìn)塑性、疲勞強(qiáng)度、抗蠕變性新型鎂合金的研究應(yīng)用;3)細(xì)晶或納米晶復(fù)合材料(MMC)的鎂合金研究。
2、工藝挑戰(zhàn):
鑄造鎂合金:熔融操作、晶粒細(xì)化、模具潤滑等以及其他鑄造參數(shù),均需要進(jìn)行大量研究和實(shí)驗(yàn),以形成穩(wěn)定的生產(chǎn)和產(chǎn)品。
變形鎂合金:大部分?jǐn)D壓成型和板件成形需要加熱。研究方向:降低成形溫度和縮短成形周期,以提升效率和降低生產(chǎn)成本。
3、性能挑戰(zhàn):
(1)防撞性能:研究表明鎂合金與鋁或鋼相比能夠吸收更多的碰撞能量,但表現(xiàn)形式不同。鋼和鋁管在沖擊負(fù)荷下的破壞形式是鑄件折疊(希望的情形),鎂合金管的破壞趨向于破碎貨破裂。需要建立鎂合金在碰撞仿真方面建立材料模型和更多的材料性能數(shù)據(jù)。
研究方向:開發(fā)新的鎂合金使其能夠在沖擊負(fù)荷下產(chǎn)生折疊變形。
(2)噪聲、震動(dòng)和舒適性(NVH)
研究方向:開發(fā)具有更大阻尼的隔絕噪聲的層狀結(jié)構(gòu)新材料。
(3)疲勞和耐久性:
這是目前制約鎂用于飛機(jī)和汽車行業(yè)的一種重要因素,鎂合金尤其是變形合金,各種文獻(xiàn)所能提供的數(shù)據(jù)還是比較有限。
需要進(jìn)行大量的工作,研究合金化學(xué)成分、工藝和顯微組織對疲勞特征的影響,以積累數(shù)據(jù)和規(guī)范,用于仿真系統(tǒng)和驗(yàn)證。
(4)腐蝕
純鎂在汽車結(jié)構(gòu)材料中具有最高的標(biāo)準(zhǔn)還原電勢。盡管純鎂在大氣中的腐蝕性與鋁相當(dāng),但鎂的高還原電勢使得它非常容易遭受電化學(xué)腐蝕。
鎂用于汽車的主要挑戰(zhàn)就是建立表面處理和防腐蝕工藝。當(dāng)前典型的全鋼車身結(jié)構(gòu)的噴漆化學(xué)成分對于鎂是有腐蝕作用的,因此鎂的表面處理和鍍層技術(shù)與鋼鋁不一樣,有一定的特殊性。
研究方向:新的鍍層和表面處理技術(shù),例微弧陽極電鍍、非鉻酸鹽轉(zhuǎn)好鍍層等。