鎂合金、鋁合金在汽車輕量化上的應用及發(fā)展趨勢

張金玲

摘? ?要：隨著汽車產(chǎn)量和銷量的增加，在汽車生產(chǎn)和使用過程中所產(chǎn)生的能源消耗和污染物的排放日益增加，與此同時給環(huán)境帶來的污染也日益突出。因此為推進汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，在保證汽車的剛度、強度、安全性能的前提下，通過改變汽車結(jié)構(gòu)和零部件的材料，實現(xiàn)汽車輕量化，對提高汽車的燃油效率和減少污染物的排放具有非常大的促進作用。汽車輕量化不僅可以節(jié)能減排，還可以提升汽車在駕駛過程中的穩(wěn)定性和動力學性能。本文主要闡述的是當前應用最廣的汽車輕量化材料鎂合金、鋁合金，分析了他們的特點和優(yōu)勢，以及未來在汽車輕量化上的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：汽車? 輕量化? 鎂合金? 鋁合金

中圖分類號：TG146? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0092-02

從目前的發(fā)展趨勢來看，為了保護環(huán)境、節(jié)約能源和資源，未來汽車研發(fā)將更注重汽車輕量化設計。在汽車生產(chǎn)制造中采用高強鋼、鋁合金、鎂合金、復合材料等輕量化材料可以有效實現(xiàn)汽車輕量化，另外采用先進化的制造工藝，比如熱成型、激光拼焊、液壓成型等也可以實現(xiàn)汽車的輕量化。鋁合金憑借低密度、良好的耐蝕性、易于加工性等優(yōu)點在汽車輕量化過車中得到了廣泛的應用。鎂合金因其密度最低，且具有良好的壓鑄成型性、尺寸穩(wěn)定性和良好的阻尼系數(shù)，在汽車輕量化中也具有不可替代的優(yōu)勢[1]。

1? 鎂合金

1.1 鎂合金的優(yōu)勢

鎂合金是目前工業(yè)用金屬材料中最輕的合金，同時具有良好的抗振和降噪能力，在汽車驅(qū)動和傳動部件上應用鎂合金可以很好地吸收因震動產(chǎn)生的能量，起到減震效果。鎂合金還具有很好的抗干擾能力，可以屏蔽電磁引起的干擾。

鎂合金具有良好的鑄造性能和切削加工性能，鎂合金的熔點比鋁合金要低，鎂合金的融化潛熱低，在鑄造過程中，鎂合金充型性好，凝固速度快，非常適合鑄造薄壁零件，在熔化再回收過程中消耗的能量也比較少，所以鎂合金還具有良好的可回收性能。由于鎂合金單位體積的比熱容比其他輕合金小得多，使其具有良好的導熱性。

1.2 鎂合金在汽車輕量化上的應用

目前在汽車上應用較多的是鑄造鎂合金，比如等在鑄造過程中均使用了鑄造鎂合金，在車體結(jié)構(gòu)中，等也大量使用了鎂合金壓鑄產(chǎn)品，具體應用如表1所示。

鎂合金在汽車結(jié)構(gòu)件上的應用范圍與日俱增，從儀表盤到發(fā)動機內(nèi)部件，到底盤結(jié)構(gòu)件，鎂合金件正向著大集成化方向發(fā)展。方向盤、轉(zhuǎn)向架、輪轂等是應用鎂合金較多的零件，相比于鋁合金輪轂，采用鎂合金制造的輪轂可以減重30%左右，輕量化效果非常顯著同時還可以提升車輛的使用性能，目前鎂合金輪轂多用于賽車和高檔汽車上[2]。

1.3 鎂合金在汽車輕量化上的發(fā)展趨勢

限制鎂合金在汽車零部件上應用的主要問題就是電化學腐蝕，鎂的化學性質(zhì)較活潑，非常容易被氧化，這樣大大增加了鎂合金的加工難度。盡管目前鎂合金在汽車制造業(yè)的使用還遠遠少于鋁合金和鋼，但隨著汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，未來鎂合金的使用量迅猛增加的潛力最大。

提高鎂合金的強度和韌性，擴大鎂合金在汽車輕量化中的應用范圍。固溶處理和時效處理是可以提高鎂合金材料強度和韌性的常見處理方法，添加稀土元素也可有效改善合金的強韌性。大多數(shù)鎂合金的性能受第二相影響較大，在保證壓鑄件致密度的基礎上，可通過適當?shù)臒崽幚砀纳频诙嗟男蚊病⒎植技皵?shù)量，從而提高壓鑄鎂合金的強韌性。

2? 鋁合金

2.1 鋁合金的優(yōu)勢

鋁是一種輕金屬，具有良好的導電、導熱性，還具有良好的耐蝕性能。同時鋁合金的機械加工性能相對于傳統(tǒng)的金屬材料也要好一些，鋁的熔點低，在整個使用和回收利用過程中鋁的回收率不低于90%，鋁合金具有非常好的再生性，因此鋁合金是目前實現(xiàn)汽車輕量化最理想的材料。

汽車上使用鋁合金零部件，可以有效降低汽車整車重量，使得汽車重心降低，真正實現(xiàn)汽車輕量化。汽車輕量化后，在汽車駕駛中，汽車加速性能會得到提高，同時汽車行駛也會更加穩(wěn)定、舒適，噪音、震動方面也均會有改善[3]。

2.2 鋁合金在汽車輕量化上的應用

鋁合金在汽車輕量化上的應用主要有鋁合金鍛件、金屬模鑄件、鋁合金擠壓和拉延產(chǎn)品等，具體應用如表2所示。

鑄造鋁合金在目前的汽車輕量化過程中應用最多，主要用于汽車的發(fā)動機、底盤、輪轂等結(jié)構(gòu)上，發(fā)動機一直被稱為是汽車的“心臟”部件，在汽缸蓋、缸體、活塞等零件上應用鋁合金不僅可以有效降低發(fā)動機的整體重量，還可以及時將發(fā)動機工作工程中產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，提高發(fā)動機的工作效率。

2.3 鋁合金在汽車輕量化上的發(fā)展趨勢

鋁合金板材在使用過程中其可焊性較鋼材要差一些，改善鋁合金板材的焊接性能和焊接質(zhì)量，提高鋁合金的應用范圍。應用熱成型技術、超塑性成型技術和電磁符合成型技術改善鋁合金覆蓋件的成型性和成型質(zhì)量。目前除了傳統(tǒng)的鋁合金金屬材料，鋁基復合材料憑著低密度、高強度、高耐蝕性等優(yōu)勢，在汽車輕量化中也制造中得到了很好的應用，用鋁基復合材料制造的汽車發(fā)動機活塞相對于傳統(tǒng)的鑄鐵活塞，其重量減輕了10%左右，而散熱性卻提高了4倍。受到價格及生產(chǎn)質(zhì)量控制等方面的制約，鋁基復合材料還沒有形成很大的規(guī)模，但在部分汽車零件上已經(jīng)顯示出其卓越的性能[4]。

3? 結(jié)語

在經(jīng)濟社會高速發(fā)展的今天，面對新的能源危機和環(huán)境問題，通過汽車輕量化可以有效提高汽車的燃油效率，進而減少污染物的排放。在汽車輕量化過程中，鎂合金、鋁合金等金屬材料憑借著其優(yōu)勢與特點均得到了廣泛的應用，未來通過技術改進降低材料的成本，提高材料的利用率，開發(fā)兼具環(huán)保性和可回收性的新材料，也是汽車輕量化研究開發(fā)的必然趨勢。

參考文獻

[1] 高陽.汽車輕量化技術方案及應用實例[J].汽車工程學報，2018，8（1）：1-9.

[2] 趙鑫.鎂合金在車輛結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的應用[J].科技與企業(yè)，2016（7）：210-211.

[3] 朱則剛.鋁合金復合材料在汽車輕量化上的應用[J].輕金屬，2011（10）：3-6.

[4] 馬鳴圖，馬露霞.鋁合金在汽車輕量化中的應用及其前瞻技術[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2008（9）：43-50.