【觀點】鎂合金在汽車輕量化上的應用前景解析

　　一直以來，高強度鋼、鋁合金、工程塑料等輕量化材料廣泛應用於汽車及汽車零部件製造的各個方面，而鎂合金鑒於種種原因沒有得到大力推廣和使用，鎂合金目前主要應用在發動機罩蓋、方向盤、座椅支架、車內門板、變速器外殼等方面。

　　數據顯示，目前北美每輛汽車使用鎂合金3.5kg，歐洲PASSAT和Audi A4上每輛車使用鎂合金達到14kg，而國產汽車每輛用量平均僅1.5kg。專家預測，到2020年，歐美日汽車用鎂合金的市場需求是77萬噸，國內需求為5萬～10萬噸。「鎂合金重量輕、吸震性能強、鑄造性能好，自動化生產能力和模具壽命高、尺寸穩定，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製造有限公司總經理劉真在接受記者採訪時表示。

　　耐腐蝕性差、成本和廢品率高是鎂合金普及「攔路虎」

　　專家表示，汽車上可採用鎂壓鑄件的領域大致可分為兩大類：一類是以鎂取代原來採用其他材料做壓鑄件的領域；另一類是直至目前還在採用焊接鋼結構或鋁板材料的場合。對於前者，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佔全球的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、體育等鎂合金產品的生產應用方面落後國外幾十年。「實際上，鎂合金在汽車領域已經有了很多應用，比如現在全球62%的汽車方向盤都是用鎂合金做的，它不僅質量輕，減振效果好，在發生意外撞擊時對人的傷害更小。」劉真表示，在車輪、汽車防碰撞橫樑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，對減輕汽車自身質量、降低汽車能耗的效果特別顯著。

　　但是，我們也看到鎂合金製造汽車零部件確實存在壓鑄成本高、廢品率高、存在安全生產隱患等問題。「鎂是一種很活潑的元素，耐腐蝕性很差，我國在鎂合金零部件抗腐蝕性方面的技術能力要差一些。」中國汽車工業協會顧問杜芳慈告訴記者，「另外鎂在加工過程中，容易發生燃燒和爆炸，存在安全生產問題。這兩個問題解決不了，鎂合金在汽車上的應用會大受影響。」

　　此外，劉真還告訴記者，目前國內很多汽車廠不敢使用鎂合金是存在思想認識問題和迫於製造成本的壓力，如果沒有政策性的鼓勵和嚴格的整車重量要求，短期內這種情況是無法改變的。

　　工藝改進克弱點 規模普及待扶持

　　任何一種材料在應用推廣過程中都會遇到問題，但隨著技術的進步這些問題都會得到解決。鎂合金也不例外。杜芳慈和劉真對未來鎂合金在汽車上的大規模應用充滿信心。近年來，國內對鎂合金深加工產業化的研究與應用已經有所發展，主要集中在汽車方向盤、中控支架及一些較小的零件，這些產品不暴露在外，因此就規避了鎂合金表面處理的難題。

　　重慶元和利泰是專註於鎂合金汽車零部件的生產企業，與國內5所大專院校科研單位共同歷時6年對鎂合金深加工產業化進行了系統研究並掌握了多種方式的加工生產技術，2016年底將具備年產130萬件鎂合金汽車零部件及200萬隻鎂合金轎車輪轂的生產能力。記者在參觀重慶元和利泰時也發現，他們通過改進工藝、完善生產設備，已經解決了鎂合金生產過程中易燃易爆和產品廢品率高等問題，劉真告訴記者，現在重慶元和利泰可針對鎂合金廢料基本實現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工藝的改進就可以使鎂合金零部件的生產成本降低。「鎂合金從熔化至產品成型的過程中需要使用氣體保護而鋁合金不需要，熔化設備投入也略高於鋁合金，而且鎂合金鑄造時溫度低不易成型且零部件後期表面防腐處理費用也高於鋁合金。」劉真表示，「但如果企業根據用量自行配置氣體發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，冷卻速度相應要快，而且在後序機加工環節鎂合金易加工，切削速度快，鎂合金防腐處理上可根據零件不同的使用條件要求以不同的方式處理。綜上所述，鎂合金生產綜合成本僅高於鋁合金5%左右。」

　　英大證券的一份研究報告稱，當鎂鋁價比小於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，記者也通過採訪了解到，目前國內鎂合金在汽車上的應用以壓鑄件為主，壓鑄件工藝已較成熟，成本下降至應用臨界點，但鎂合金板帶材市場不成熟，應用技術仍有待完善。

　　劉真認為，當前歐美、日本等國對鎂合金的推廣和應用都有相應的支持，希望我國政府也能出台一些政策來支持和鼓勵汽車企業在確保質量的前提下適度應用鎂合金零部件，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研發蜂擁而上，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用僵局也將會打破。」劉真感嘆道。

　　汽車內部構造

　　雖然鎂合金耐腐蝕性差，但是對於汽車內部構造來說，防腐不是主要考慮的問題，因此鎂合金在汽車內部構造得到了比較廣泛的應用，尤其是在儀錶盤和轉向結構中。據悉，第一隻鎂合金儀錶盤支柱是由通用公司在1961年壓鑄生產，比使用鋅合金壓鑄生產的同樣部件節省了4kg材料。過去十多年間，採用鎂合金壓鑄的儀錶盤支柱取得了極大進展。

　　鎂合金在座椅上應用始於1990年代的德國，主要是賓士公司在　SL Roadster中使用了鎂壓鑄生產的帶有三點安全帶的座椅結構。與鎂合金在儀錶盤上的應用情況相似，近幾年，採用鎂合金設計、製造的座椅也經歷了一個明顯提高的過程。現在採用鎂合金的座椅結構最薄可以達到2mm，大大減輕了重量。雖然其他材料如高強度鋼、鋁、複合材料等也得到使用，但是專家預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。

　　車身

　　雖然鎂合金在車身應用中受限但是也得到了整車廠的應用。通用汽車在1997年引進C-5 Corvette　時，使用了整片鎂合金壓鑄的車頂框架，此外，鎂合金也被應用在凱迪拉克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也使用了有塗層鎂鑄件作為散熱器的支架。在歐洲，大眾汽車公司和賓士已率先實現了薄壁鎂合金鑄件在車身面板中的應用。

　　目前，提高鎂合金在汽車車身結構上應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「鎂前端研究與發展」項目。該項目彙集了來自美國、中國和加拿大國際範圍的獨特團隊，並已開發出汽車用鎂應用的一些關鍵技術和知識庫。在這個項目中開發的技術和知識庫，不僅有利於作為測試的前端結構的汽車用鎂的應用，同時也促進原鎂生產、零部件製造、基礎研究以及先進計算工具的開發。

　　底盤

　　當前，鑄造或鍛造鎂合金車輪已被用於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車輛上的應用。

　　未來，輕量化、低成本的鎂合金底盤部件，如輪轂、發動機懸架以及控制臂等零部件的生產將依賴鎂合金鑄造工藝的大力提高，已經在鋁合金輪轂和底盤部件上開發的各種鑄造工藝經過改造後可以成功適用於鎂合金。此外，低成本、耐腐蝕圖層和新的具有抗疲勞和高衝擊強度的鎂合金開發也都將加速鎂合金在底盤上的應用。

　　動力總成

　　動力總成的大部分鑄造件如發動機缸體、汽缸蓋、傳動箱、油底殼等是由鋁合金製成。目前，北美生產的皮卡和SUV已經鎂合金變速器，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。

　　當前，通過對鎂強化的發動機原型進行的測功儀試驗已經取得了有效的進展，這就意味著未來在動力系統中會有更多鎂合金得到應用。美國汽車材料聯盟鎂動力系統鑄件項目(MPCC)的目標是使鎂合金能夠完全替代V block en-gine發動機中的主要鋁合金部件。該項目中氣缸缸體成功實現了減重25%（全部鋁鑄件的29%被替換為鎂鑄件）

來源：中國汽車報