镁合金在汽车上用作零部件的历史约有80年。到目前为止,汽车上共有60多个零部件采用镁合金,其中仪表板支架、座椅框架、方向盘、发动机阀盖、变速壳箱、进气歧管、汽车车身等7个部件镁合金的使用率最高。按估算,每辆欧美生产的汽车上平均使用约2.5kg镁。
镁在改善汽车性能、设计和制造方面具有比比重轻、比强度高、热传导性好、易于机械加工、易于回收再生等很多优点。
但镁在汽车行业应用也面临诸多挑战。为此,是汽股份汽车研究院针制定的研究方向:
1、材料挑战:
与众多的铝合金和钢品种相比,可用于汽车的低成本镁合金的种类有限。传统的Mg-Al铸造合金因为时效硬化响应的限制,只能提供中等力学性能。的研究方向是:1)Mg-Sn和Mg-稀土的采用;2)改进塑性、疲劳强度、抗蠕变性新型镁合金的研究应用;3)细晶或纳米晶复合材料(MMC)的镁合金研究。
2、工艺挑战:
铸造镁合金:熔融操作、晶粒细化、模具润滑等以及其他铸造参数,均需要进行大量研究和实验,以形成稳定的生产和产品。
变形镁合金:大部分挤压成型和板件成形需要加热。研究方向:降低成形温度和缩短成形周期,以提升效率和降低生产成本。
3、性能挑战:
(1)防撞性能:研究表明镁合金与铝或钢相比能够吸收更多的碰撞能量,但表现形式不同。钢和铝管在冲击负荷下的破坏形式是铸件折叠(希望的情形),镁合金管的破坏趋向于破碎货破裂。需要建立镁合金在碰撞仿真方面建立材料模型和更多的材料性能数据。
研究方向:开发新的镁合金使其能够在冲击负荷下产生折叠变形。
(2)噪声、震动和舒适性(NVH)
研究方向:开发具有更大阻尼的隔绝噪声的层状结构新材料。
(3)疲劳和耐久性:
这是目前制约镁用于飞机和汽车行业的一种重要因素,镁合金尤其是变形合金,各种文献所能提供的数据还是比较有限。
需要进行大量的工作,研究合金化学成分、工艺和显微组织对疲劳特征的影响,以积累数据和规范,用于仿真系统和验证。
(4)腐蚀
纯镁在汽车结构材料中具有最高的标准还原电势。尽管纯镁在大气中的腐蚀性与铝相当,但镁的高还原电势使得它非常容易遭受电化学腐蚀。
镁用于汽车的主要挑战就是建立表面处理和防腐蚀工艺。当前典型的全钢车身结构的喷漆化学成分对于镁是有腐蚀作用的,因此镁的表面处理和镀层技术与钢铝不一样,有一定的特殊性。
研究方向:新的镀层和表面处理技术,例微弧阳极电镀、非铬酸盐转好镀层等。