鎂合金作為目前密度最小的金屬結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)、通訊電子業(yè)等領(lǐng)域。鎂合金突出的優(yōu)異性能受到了自行車生產(chǎn)廠家與客戶的青睞，逐漸被各大公司應(yīng)用于自行車的零部件生產(chǎn)。近年來，國內(nèi)外的許多公司紛紛開始了鎂合金自行車架的研發(fā)，許多知名廠商已經(jīng)成功地生產(chǎn)出性能優(yōu)越的鎂合金車架自行車并投入使用，取得了很好的效果。

　　鎂合金的性能

　　1鎂合金適用于自行車車架的優(yōu)異性能

　　1.1高的比強度、比剛度

　　應(yīng)用于自行車架的材料中，鋼的強度和剛度是最好的。同時，鎂合金的抗拉強度，彈性模量也明顯低于鋁合金和鋼。但是，鎂合金的比剛度與鋼、鋁合金幾乎相同，比強度更是優(yōu)于鋁合金，幾乎是鋼的2倍。因此，鎂合金在進行自行車架設(shè)計時，通過截面變化及表面處理等手段，可以減輕鎂合金性能低的不利因素，改善鎂合金的使用性能。

　　1.2優(yōu)異的減振性能

　　許多鎂合金都具有優(yōu)異的減振性能，能吸收沖擊與振動。鎂合金的單位減振性能比硬鋁高100倍，比合金鋼高20倍，比鈦合金高300~500倍。這一特點使以鎂合金為車架的自行車具有更好的騎行舒適性。

　　1.3其他主要優(yōu)點

　　鎂合金的優(yōu)點還有疲憊無記憶性能突出。密度低，很大程度上減輕了車身質(zhì)量。接觸性、生物相容性好。鎂合金在生物領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，舒適的接觸性，使其非常適合用于與人體緊密接觸的零部件;易于回收，環(huán)境負荷小，被稱為“綠色材料”。

　　2鎂合金的加工及使用性能

　　2.1鎂合金的腐蝕與保護

　　鎂的標準電極電位是-2.37V，電負性很強，耐蝕性很差。在潮濕的空氣中會發(fā)生腐蝕，生成氧化膜薄層。這種薄層脆性大，疏松，耐蝕性很差，在使用過程中需要增加工藝來對其進行防護。

　　常用的保護方法有三種，一種是添加或消除某些相容性材料構(gòu)成復(fù)雜合金或者復(fù)合材料。常見的添加材料有Mn、Fe、Zr、Si、Ni、SiC、TiC等。合理的控制添加物的比例，不僅可以滿足使鎂合金增強的效果，還能適當(dāng)?shù)谋Ｗo鎂合金減小腐蝕。另外一種方法是表面處理。常用的方法是化學(xué)氧化膜、陽極氧化膜、表面陶瓷化、電鍍、化學(xué)鍍、氣相沉積、涂層、氮離子改性、激光表面處理等。需要注重的是，不同的表面處理對鎂合金都具有保護作用，但是得到的鎂合金的表面硬度、耐磨性、強度、導(dǎo)電性等各項性能會有很大差異。第三種方法就是合理把握零部件工藝設(shè)計。比如圓角比尖銳的邊角更不易被腐蝕。另外，在水蝕、鹽蝕、高溫等化學(xué)環(huán)境中，應(yīng)盡量避免使用鎂合金部件。

　　2.2鎂合金的壓鑄

　　壓鑄鎂合金已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，目前，絕大部分鎂合金的應(yīng)用部件是壓鑄件。

　　鎂合金用于壓鑄具有很多優(yōu)點：生產(chǎn)效率高，表面質(zhì)量好，易成形，有時甚至可以取消隨后的機加工。制造成本低。鎂合金具有低熔化潛熱，低比熱，低溶鐵性，可以使用任何鑄造工藝來成形。壓鑄鎂合金壽命長，鎂合金熔化和壓鑄時不與鐵反應(yīng)，因此其熔化耗能少，凝固速度快，壓射周期短，同時鎂合金不沖擊鋼模和工具，使壓鑄型壽命長達20萬次以上5。鎂合金粘度很小，利于脫模。

　　壓鑄鎂合金同時具有以下一些缺點：

　　體積收縮率大。純鎂在結(jié)晶凝固時，體積收縮率為4.2%，從熔點923K降溫至室溫時，體積收縮率約為5%。鎂合金的收縮率與純美極為接近。由于鎂合金的鑄造及冷卻收縮率很大，鑄造鎂合金會產(chǎn)生微孔，鑄件具有低韌性和高缺口敏感性。

　　壓鑄鎂合金的試模成本較高，試模時間較長。大多數(shù)鎂合金零件的原始設(shè)計不是鎂合金，而是鋁合金、鋼板沖壓和塑料件等，其最初的結(jié)構(gòu)和尺寸與最終采用的鎂合金零件結(jié)構(gòu)可能會有很大的變化，而且在試裝階段還有可能更改結(jié)構(gòu)。這種情況有可能導(dǎo)致模具報廢，重新設(shè)計模具，增加成本。

　　鎂的鑄造燒損率高。鎂的表面活性很高，壓鑄時燒損率最高可達4%。近幾年來，鎂合金壓鑄技術(shù)不斷發(fā)展，國際上常用半固態(tài)金屬流變壓鑄法。這種方法具有充型平穩(wěn)、無金屬噴濺、金屬液氧化損失少、節(jié)能、操作安全、可以減少鑄件內(nèi)孔洞類缺陷等優(yōu)點。中國的力勁集團對于鎂合金的壓鑄問題研究深入，已經(jīng)在國內(nèi)首先利用半固態(tài)金屬流變壓鑄獲得了較好的鎂合金試件。

　　2.3鎂合金的焊接

　　與壓鑄鎂合金相比，焊接鎂合金不用模具，節(jié)約了成本;操作更為簡便;便于將各個部件進行組合。但是鎂合金的焊接性能并不好，所以，焊接鎂合金并不常見。

　　鎂合金在焊接過程中會碰到如下問題：

　　粗晶問題。鎂合金熱傳導(dǎo)率較大，焊接時需要較大的熱源，焊縫四周出現(xiàn)金屬過熱和晶粒長大的現(xiàn)象。氧化、氮化和蒸發(fā)。高溫下，鎂輕易被氧化、氮化生成夾雜物，破壞接頭的性能。

　　另外，鎂的沸點只有1100℃，焊接時很輕易蒸發(fā)、變形和下塌。鎂的熱膨脹系數(shù)比較大，高溫電弧下很輕易產(chǎn)生較大變形并引起很大的熱應(yīng)力。同時，鎂的表面張力很小，輕易形成塌陷。

　　氣孔。氫氣在鎂中的溶解度隨溫度升高而增大，焊接時，氫氣進入鎂中，同時，鎂的密度小，氣體不易逸出。這樣，焊接過程會形成氣孔。

　　熱裂紋。鎂合金焊接時，組織中低熔點化合物首先熔化，出現(xiàn)空穴或者晶界氧化現(xiàn)象，即產(chǎn)生了熱裂紋。

　　燃燒。高溫下操作時，即使在氣氛保護下，鎂合金焊接時仍會產(chǎn)生大量氧化鎂濃煙及臭氧，甚至出現(xiàn)飛濺、燃燒等劇烈的氧化現(xiàn)象，操作要十分小心。

　　目前鎂合金的焊接問題正逐步得到解決。公認較好的幾種焊接工藝主要是混合焊以及慣性摩擦焊?；旌虾甘菍⒓す夂负蜌寤『附Y(jié)合在一起，這樣做比單獨使用其中一種方法更有優(yōu)勢?？梢詫崿F(xiàn)晶粒細小均勻、無下陷、提高能量利于率等優(yōu)點，達到鎂合金的高效、優(yōu)質(zhì)連接。慣性摩擦焊適用于異種金屬的焊接，通過慣性摩擦焊，基本可以得到性能可靠的焊接接頭。除此之外，熔化極氣體保護焊、攪拌摩擦焊、電子束焊、點焊等也是常用于鎂合金的焊接方法。

　　鎂合金自行車架的生產(chǎn)工藝

　　1壓鑄法

　　壓鑄是目前鎂合金成型最成熟、應(yīng)用最廣的工藝方法。壓鑄分為熱室鑄造和冷室鑄造。用于生產(chǎn)自行車車架的是熱室壓鑄方法。如英國的Kirtprecision公司用熱室壓鑄生產(chǎn)AZ91P鎂合金自行車車架。北京首鋼集團與河北遠東集團組合而成的北京首鋼遠東鎂合金制品有限公司，推出壓鑄法生產(chǎn)的折疊式鎂合金電動自行車。

　　2焊接法

　　車架更新?lián)Q代非?？?，壓鑄件的鑄模成本很高。而焊接的車架易于設(shè)計和成形，因此采用變形鎂合金彎曲成車架是一種非常經(jīng)濟的方法。因此鎂合金車架材料應(yīng)具有高的擠壓能力和焊接能力。目前許多焊接方法已經(jīng)可以輕易地將鎂合金焊接成車架，因此焊接將是鎂合金車架的主要成形方法。焊接的效率非常高，因此許多鎂合金都不需要進行熱處理，這樣使加工控制很穩(wěn)定，成本較低。

 

　　前景展望

　　鎂合金是繼鋼鐵、鋁合金之后發(fā)展起來的第三類金屬結(jié)構(gòu)材料，是21世紀的綠色工程材料。鎂在自然界分布非常豐富，居第8位。我國是世界上鎂儲量最豐富的國家，也是原鎂產(chǎn)量最大的國家之一，占世界的40%以上。同時，我國大陸地區(qū)是世界最大的自行車產(chǎn)地和自行車消費地，因此在我國發(fā)展鎂合金車架具有得天獨厚的優(yōu)勢。但是我國鎂工業(yè)發(fā)展存在很多問題：原鎂生產(chǎn)技術(shù)比較落后，出口大多是初級材料;高性能、高質(zhì)量鎂合金產(chǎn)品的研發(fā)水平遠遠落后于國外許多國家，難以滿足日益增長的需求。鎂及鎂合金的深加工技術(shù)是十三五期間我國重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，利用這一契機，我國的鎂合金車架將得到大力發(fā)展，鎂合金車架不僅要應(yīng)用于登山、越野、競賽等高端產(chǎn)品，也必將朝著多用途、多功能、大眾化的方向不斷發(fā)展。