镁合金在汽车上的应用及发展前景

张耀丹

（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710077）

镁合金在汽车上的应用及发展前景

张耀丹

（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710077）

文章论述了目前国内外镁合金在汽车上的应用，哪些汽车零件适合用镁合金，我国在镁合金研究的突破及未来结合我国的国情会在哪些方面对镁合金在汽车上的应用进行了研究。未来根据汽车用材的要求，镁合金在汽上的发展前景。

镁合金；汽车零部件；发展前景

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.056

CLC NO.: U465.2 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2015)09-165-03

引言

全球一体化，中国汽车工业面临前所未有的，严峻的国际竞争。降低汽车的碳排放，实现轻量化和低油耗，降低成本、提高产品竞争能力是中国汽车工业所急需解决的问题。而镁合金具有密度低，质量轻，其密度只有铝合金的2/3，换用镁合金就可以减轻整车重量，并间接减少了燃油消耗量，降低排放；比强度和比刚度高，可以取代铝合金和钢部件承受一定载荷；导热性能好、切削加工性好，镁合金具有良好的铸造性能和尺寸稳定性，易于加工，废品率低，从而可以降低生产成本；镁合金具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用于制造壳体可以降低噪声，用于制造座椅、轮圈可以减小震动，从而提高汽车的安全性和舒适性[1]，满足了现代汽车工业对减重、节能的要求。镁合金已经成为汽车用材料的重要发展方向，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，图1所示为过去几年世界汽车用镁合金的情况。

1、前镁合金在汽车上的应用

1.1国外镁合金在汽车上的应用

世界上镁合金用于交通工具，虽有70多年的发展史，但因材料性能(耐蚀性)、生产工艺(易燃烧)和材料成本(价格高)等因素，在汽车上的应用进展不快。近年来，镁合金熔炼和铸造技术不断进步，冶炼技术成熟，杂质含量降低、耐蚀性提高，镁价下降并相对稳定，在排放法规更严，汽车减重需求更迫切的新形势下，镁合金应用获得快速发展，尤以汽车工业增长速度最快。镁合金在汽车上应用，主要取代铸铁、铝合金、塑料和钢制冲压焊装组合件，多以压铸件形式应用为主，现在汽车用镁合金压铸件已占全球镁压铸产量的80%，正在研制和应用的镁合金压铸件近100种，表1列出了当前世界汽车行业研究及应用的典型镁合金零件和使用性能特点。表中所述汽车零件有些目前已被采用，有些仍处于研究开发之中。

表1

镁仪表板在北美汽车上已广泛应用，欧洲用量也日益增多。奥迪汽车有限公司最早于80年代后期将镁合金用于汽车的仪表盘框架中，其韧性较高，在汽车的碰撞试验中表现良好。与原来的钢制零件组成的仪表盘相比，镁合金仪表盘的质量减轻很多和零件数量大大减少，并且可以预留出速度计、收音机和杂物箱的位置。福特汽车公司1982年开始在Bron和Ranger两种轻便货车上用镁合金制造制动踏板托架和离合器踏板托架取代钢制托架，质量由钢制的2.3kg减轻到0.6kg，是铝合金替代托架的1/2。

镁座椅骨架的应用愈来愈广泛，尤其是面包车的座椅。梅赛德斯一奔驰汽车有限公司最早把镁合金用于座椅零件上，现500SEL敞篷小客车的镁合金座椅框架（包括座垫骨架、靠背骨架和安全带保持器）质量共8.5kg，而原来的钢制框架共20kg[2]。通用汽车公司的整体座椅靠背骨架是1997年最重要的汽车用镁合金压铸件之一[3]。

在欧洲，汽车前端结构(如罗弗、陆虎)，进气歧管(如奥迪V6/V8，宝马V一8，欧宝V一6)和大众汽车的飞轮均正在采用镁合金生产。此外，几乎欧洲每个汽车厂均有一个汽车镁缸体的研究开发项目，欧洲对变形镁合金也感兴趣。

在日本，镁方向盘已大量生产，2001年生产27.3万套。日本还正在大量生产镁合金压铸方向盘支柱和汽缸罩盖，安全气囊零件，座椅骨架等，车门框架、门内板、车身前围，动力系统零件(如缸体、油底壳等)大多处于研究开发阶段。

德国Hosel公司正在开发门内板，采用挤压镁合金，壁厚2一2.5mm[4]。

英国vagon公司正在开发镁合金车门，其合金成分、焊接工艺和喷漆技术均属于保密。

戴姆勒·克莱斯勒公司拟将在下一代车型上采用全集成镁合金车身前围结构，由一件镁合金铸件与三个冲压件组装而成，取代先前的巧个钢冲压件焊装的前围，质量由22.9kg减至9.5kg。

与欧洲相似，美国也正在执行一项将镁扩大应用到汽车动力系统上的计划，拟将开发2.5L排量的发动机缸体和油底壳，并认为既是扩大镁合金应用的机遇，又在承受一次挑战。因为虽然现在已筛出的几种压铸镁合金和三种砂铸镁合金，并对生产成本、各种性能已完成试验和评价，但对产品设计、铸造工艺和加工工艺仍缺乏经验。缸体、油底壳的装配性能、密封性能、冷却介质，镁零件可靠性也有待进一步研究和解决。

1.2我国目前镁合金在汽车上的应用及研发

我国镁资源相当丰富，储量居世界首位，属产镁大国。在20世纪90年代的10年间，中国原镁产量增长了37倍，2000年产量19.5万t，出口16.53万t，该年原镁产量已占全球产量48.8万t的39.%%，在国际上具有举足轻重的作用。2001年中国原镁产量已超过20万t，出口达17.25万t。目前国内用镁量很少，2000年只消费了2.55万t，汽车工业应用不足4000t，大量低价出口。因此，中国对镁合金在汽车上应用的研究是重要和现实的工作。国家科技部确定的“十五”国家重大科技攻关专项“镁合金开发应用及产业化”，就是为促进我国镁工业持续健康发展，国产汽车选用材料既应考虑发展趋势，又必须同本国的实际资源特点紧密结合，紧跟世界汽车用材趋势，把汽车用镁列为新世纪的研究课题。

镁合金在国产汽车上应用刚起步，目前，我国镁合金牌号、品种规格较少，无自成体系的压铸镁合金，供汽车工业选用的材料较少，很难满足汽车生产要求。无系统完整的汽车零件产品设计技术借鉴和参考，如何结合镁合金的实际性能特点设计结构合理、性能可靠、生产可行的镁合金零件，是非常重要的技术工作。目前，我国在镁合金在汽车上的应用主要从以下几个方面进行研究：

（1）开发高性能经济型耐热镁合金。目前应用较广的AZ91镁合金，尽管具备良好的室温力学性能、耐蚀性能和压铸工艺性能，但在120℃以上的工作温度，抗蠕变性能较差。在确保合金力学性能和压铸工艺性能的基础上，提高合金抗高温蠕变性能，是应开展的研究工作。

（2）开发高强高韧性镁合金。高塑镁合金多以生产汽车保安件为主，如方向盘、各种支架和骨架零件等，以达到零件受冲击时变形而不断裂，镁比铝刚性差，在零件仁除设置较多的加强筋外，还需合金具备较高塑性和强度，并有较好的压铸工艺性能。

（3）开发耐腐蚀经济型高阻尼镁合金。镁合金阻尼性能优于铝合金，但耐腐蚀性能不如铝合金，对于汽车底盘及行走系统的零件（如车轮），要求减震降噪能力性能好的同时，还应能满足使用环境对耐腐蚀性能的要求。

2、发展前景

汽车上有60多种零部件可以采用镁合金。据权威机构预测，中国载货车和轿车对镁合金的需求量2015年可达6.9万t，2020年可达7.56万t。据相关报道，大众公司、通用汽车公司、日产公司、马自达公司、三菱公司等美国三大汽车公司联合对新开发的耐热镁合金进行经济和技术评估，对镁合金在汽车上的应用十分看好。变形镁合金及其加工技术正在成为镁合金研究和应用领域的热点，包括镁合金等通道转角挤压技术。镁合金超塑性研究，重要研究方向是：（1）高应变速率超塑性。对于节约能源、提高生产率、扩大应用都有很重要的意义。（2）大晶粒工业态镁合金超塑性。研究晶粒较大的工业态镁合金在一定条件下的超塑性，因其不需要预加工可节约能源，故将有更大的应用前景。（3）镁合金低温超塑性。研究镁合金在较低的温度下进行超塑性变形。

镁合金材料的研究和应用前景是非常广阔的，相对于其它金属材料（如铝、钢等）的研究发展水平，我国与世界发达国家的差距较小，可以说几乎处在同一起跑线上，如果集中全国的优势力量针对关键科学问题展开研究，就有可能取得重大突破，达到甚至赶超世界先进水平。我国近年在镁合金技术开发和应用领域取得了长足进步，作为世界第一“镁”大国要造好镁、用好镁，造福于中国和世界，并在镁的研究领域成为世界领头羊，推动镁合金走可持续发展之路，同时还要开展好镁合金的重大基础研究。

[1] 晓青.镁合金在汽车上的应用及发展趋势[J].上海汽车,2005(03).

[2] Kimberby W.et al. Magnesium Flair. Automotive Engineer 1997.

[3] rigley A.Magnesium Use Rising.Aulomotive Manufacturing & Producdtion.1997.

[4] osephC. Benedyk. Comributing Edinor. The 12th Annual Magnesium in Automotive Seminar. Magnesium is On the Move. Light Metai Age.June 2001:62-64.

The application and development prospects of magnesium alloys in automotive

Zhang Yaodan
( Shaanxi Defence Vocational & Technical College, Shaanxi Xi’an 710077 )

This paper discusses the application of magnesium alloy in the car at home and abroad. What kind of auto parts suitable for magnesium alloy. In the breakthrough in the study of magnesium alloy and the future combining with the condition of our country will be in what aspects of the application of magnesium alloys in automobile were studied. According to the requirements of automotive materials in the future. Prospects of the development of magnesium alloy in the steam.

Magnesium alloy; Auto parts; Prospects for development

U465.2

B

1671-7988（2015）09-165-03

张耀丹，就职于陕西国防工业职业技术学院，主要从事汽车及机械相关领域的研究和教学工作。