一直以來，高強度鋼、鋁合金、工程塑料等輕量化材料廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造的各個方面，而鎂合金鑒于種種原因沒有得到大力推廣和使用，鎂合金目前主要應(yīng)用在發(fā)動機罩蓋、方向盤、座椅支架、車內(nèi)門板、變速器外殼等方面。
“鎂合金重量輕、吸震性能強、鑄造性能好，自動化生產(chǎn)能力和模具壽命高、尺寸穩(wěn)定，作為最輕的工程材料，鎂合金不僅是最適合鑄造汽車零部件的材料，也是最有效的汽車輕量化材料。”近日，重慶元和利泰鎂合金制造有限公司總經(jīng)理劉真在接受記者采訪時表示。
專家表示，汽車上可采用鎂壓鑄件的領(lǐng)域大致可分為兩大類：一類是以鎂取代原來采用其他材料做壓鑄件的領(lǐng)域;另一類是直至目前還在采用焊接鋼結(jié)構(gòu)或鋁板材料的場合。對于前者，最常見的是以鎂壓鑄件替換鋁壓鑄件，雖然兩種材料有同等的鑄造特性，但若全面衡量重量與成本因素，選用鎂當然更加合理。
我國是鎂資源豐富的國家，資料顯示，中國的鎂資源總儲量占全球的85%，位列世界第一位。不過，我國在鎂資源利用方面卻遠遠不夠，專家表示，在汽車、國防、體育等鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用方面落后國外幾十年。“實際上，鎂合金在汽車領(lǐng)域已經(jīng)有了很多應(yīng)用，比如現(xiàn)在全球62%的汽車方向盤都是用鎂合金做的，它不僅質(zhì)量輕，減振效果好，在發(fā)生意外撞擊時對人的傷害更小。”劉真表示，在車輪、汽車防碰撞橫梁等部位使用鎂合金零部件來替代塑料件，在保證汽車安全性的情況下，對減輕汽車自身質(zhì)量、降低汽車能耗的效果特別顯著。
任何一種材料在應(yīng)用推廣過程中都會遇到問題，鎂合金也不例外。不過，我們對未來鎂合金在汽車上的大規(guī)模應(yīng)用充滿信心。近年來，國內(nèi)對鎂合金深加工產(chǎn)業(yè)化的研究與應(yīng)用已經(jīng)有所發(fā)展，主要集中在汽車方向盤、中控支架及一些較小的零件，這些產(chǎn)品不暴露在外，因此就規(guī)避了鎂合金表面處理的難題。
重慶元和利泰是專注于鎂合金汽車零部件的生產(chǎn)企業(yè)，與國內(nèi)5所大專院?？蒲袉挝还餐瑲v時6年對鎂合金深加工產(chǎn)業(yè)化進行了系統(tǒng)研究并掌握了多種方式的加工生產(chǎn)技術(shù)，2016年底將具備年產(chǎn)130萬件鎂合金汽車零部件及200萬只鎂合金轎車輪轂的生產(chǎn)能力。記者在參觀重慶元和利泰時也發(fā)現(xiàn)，他們通過改進工藝、完善生產(chǎn)設(shè)備，已經(jīng)解決了鎂合金生產(chǎn)過程中易燃易爆和產(chǎn)品廢品率高等問題，劉真告訴記者，現(xiàn)在重慶元和利泰可針對鎂合金廢料基本實現(xiàn)100%回收利用，這對降低鎂合金零部件成本有很大作用。
劉真還表示，其實只要通過一些生產(chǎn)工藝的改進就可以使鎂合金零部件的生產(chǎn)成本降低。“鎂合金從熔化至產(chǎn)品成型的過程中需要使用氣體保護而鋁合金不需要，熔化設(shè)備投入也略高于鋁合金，而且鎂合金鑄造時溫度低不易成型且零部件后期表面防腐處理費用也高于鋁合金。”劉真表示，“但如果企業(yè)根據(jù)用量自行配置氣體發(fā)生器將會很大程度降低用氣費用。鎂合金的鑄造溫度比鋁合金低，冷卻速度相應(yīng)要快，而且在后序機加工環(huán)節(jié)鎂合金易加工，切削速度快，鎂合金防腐處理上可根據(jù)零件不同的使用條件要求以不同的方式處理。綜上所述，鎂合金生產(chǎn)綜合成本僅高于鋁合金5%左右。”
英大證券的一份研究報告稱，當鎂鋁價比小于1.3時，作為鋁合金替代品的鎂合金材料將會得到大量使用。此前，記者也通過采訪了解到，目前國內(nèi)鎂合金在汽車上的應(yīng)用以壓鑄件為主，壓鑄件工藝已較成熟，成本下降至應(yīng)用臨界點，但鎂合金板帶材市場不成熟，應(yīng)用技術(shù)仍有待完善。
劉真認為，當前歐美、日本等國對鎂合金的推廣和應(yīng)用都有相應(yīng)的支持，希望我國政府也能出臺一些政策來支持和鼓勵汽車企業(yè)在確保質(zhì)量的前提下適度應(yīng)用鎂合金零部件，真正走上輕量化道路。“就像國家對新能源汽車大力扶持使得大批電動汽車企業(yè)研發(fā)蜂擁而上，如果國家對鎂合金有對新能源汽車一半的扶持力度，鎂合金汽車零部件的應(yīng)用僵局也將會打破。”劉真感嘆道。
雖然鎂合金耐腐蝕性差，但是對于汽車內(nèi)部構(gòu)造來說，防腐不是主要考慮的問題，因此鎂合金在汽車內(nèi)部構(gòu)造得到了比較廣泛的應(yīng)用，尤其是在儀表盤和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)中。據(jù)悉，第一只鎂合金儀表盤支柱是由通用公司在1961年壓鑄生產(chǎn)，比使用鋅合金壓鑄生產(chǎn)的同樣部件節(jié)省了4kg材料。過去十多年間，采用鎂合金壓鑄的儀表盤支柱取得了極大進展。
鎂合金在座椅上應(yīng)用始于1990年代的德國，主要是奔馳公司在SLRoadster中使用了鎂壓鑄生產(chǎn)的帶有三點安全帶的座椅結(jié)構(gòu)。與鎂合金在儀表盤上的應(yīng)用情況相似，近幾年，采用鎂合金設(shè)計、制造的座椅也經(jīng)歷了一個明顯提高的過程?，F(xiàn)在采用鎂合金的座椅結(jié)構(gòu)最薄可以達到2mm，大大減輕了重量。雖然其他材料如高強度鋼、鋁、復(fù)合材料等也得到使用，但是專家預(yù)測鎂合金未來將會成為汽車座椅部件輕量化和具有成本效益的一個主要材料。
雖然鎂合金在車身應(yīng)用中受限但是也得到了整車廠的應(yīng)用。通用汽車在1997年引進C-5Corvette時，使用了整片鎂合金壓鑄的車頂框架，此外，鎂合金也被應(yīng)用在凱迪拉克XLR敞篷車的可伸縮硬頂敞篷車頂和頂部框架，福特F-150卡車和SUV也使用了有涂層鎂鑄件作為散熱器的支架。在歐洲，大眾汽車公司和奔馳已率先實現(xiàn)了薄壁鎂合金鑄件在車身面板中的應(yīng)用。
目前，提高鎂合金在汽車車身結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的一個項目就是由加拿大、中國、美國三國政府及USAMP(美國汽車材料聯(lián)盟，克萊斯勒，福特和通用汽車公司組成的財團)資助的“鎂前端研究與發(fā)展”項目。該項目匯集了來自美國、中國和加拿大國際范圍的獨特團隊，并已開發(fā)出汽車用鎂應(yīng)用的一些關(guān)鍵技術(shù)和知識庫。在這個項目中開發(fā)的技術(shù)和知識庫，不僅有利于作為測試的前端結(jié)構(gòu)的汽車用鎂的應(yīng)用，同時也促進原鎂生產(chǎn)、零部件制造、基礎(chǔ)研究以及先進計算工具的開發(fā)。
當前，鑄造或鍛造鎂合金車輪已被用于許多高價位的賽車或高性能跑車。然而，相對較高的成本和鎂合金車輪潛在的腐蝕問題阻止其在大批量生產(chǎn)車輛上的應(yīng)用。
未來，輕量化、低成本的鎂合金底盤部件，如輪轂、發(fā)動機懸架以及控制臂等零部件的生產(chǎn)將依賴鎂合金鑄造工藝的大力提高，已經(jīng)在鋁合金輪轂和底盤部件上開發(fā)的各種鑄造工藝經(jīng)過改造后可以成功適用于鎂合金。此外，低成本、耐腐蝕圖層和新的具有抗疲勞和高沖擊強度的鎂合金開發(fā)也都將加速鎂合金在底盤上的應(yīng)用。
動力總成的大部分鑄造件如發(fā)動機缸體、汽缸蓋、傳動箱、油底殼等是由鋁合金制成。目前，北美生產(chǎn)的皮卡和SUV已經(jīng)鎂合金變速器，大眾和奧迪的鎂合金手動變速器也在歐洲和中國大批量生產(chǎn)。
當前，通過對鎂強化的發(fā)動機原型進行的測功儀試驗已經(jīng)取得了有效的進展，這就意味著未來在動力系統(tǒng)中會有更多鎂合金得到應(yīng)用。美國汽車材料聯(lián)盟鎂動力系統(tǒng)鑄件項目(MPCC)的目標是使鎂合金能夠完全替代Vblocken-gine發(fā)動機中的主要鋁合金部件。該項目中氣缸缸體成功實現(xiàn)了減重25%(全部鋁鑄件的29%被替換為鎂鑄件)