看过日经技术在线的一篇文章《最后的轻金属镁》,自觉想不出比这个更贴切的词儿来描述我最熟悉的镁。
更高强度的钢、铝乃至碳纤维都是现在人们耳熟能详的轻量化材料了。应该还有人记得初中时背过的元素周期表,在自然界中,镁的质量比铝更轻,而在它之前的三种金属元素锂、铍和钠,则因为强度、化学活性等原因在其他领域发挥着光和热,也会作为镁、铝合金的一种组成成分,但一直也不是主要成分,因此用“最后的轻金属”来形容镁是再合适不过了。
在重量上,镁只有钢的四分之一、铝的三分之二。相反的,在成本上,镁比钢要多出四分之三,比铝也要多出三分之一。而且,镁具有易燃性,其制造过程并不太环保,在加工成型上也非常艰难。
所以镁不仅占据着天然优势,也有着天然的劣势。这些劣势让它离着“以可承受的成本进行大规模量产”这个标准十分遥远,因此在普及程度上非常有限。
但,需求决定一切,在看到轻量化在节能减排上的巨大潜力,而铝合金已经不能满足日益变态的法规规定了,汽车制造商们都不约而同地把目光转向了镁,并且得到了政府的大力支持。
据Ward Auto报道,美国能源部先进研究计划署给汽车轻量化技术资助了3200万美金,其中主要的研发方向就是镁的使用。
目前,世界范围内使用的大部分的镁都是从国内出口的。对于美国、德国、日本这样的汽车工业大头来说,由于进口税的存在,让镁的价格进一步增加。国内都是通过烧煤来提取镁,对环境的污染十分严重;美国产镁量最大的犹他州,是通过电解大盐湖中的熔融盐来提取镁,制造过程中的能耗非常大。
于是,如何让镁的提取过程不再对环境和能源造成负担是摆在汽车制造商们眼前的关键问题。美国能源部给出的3200万美金中,就有一笔专门的资金是给太平洋国家实验室(PNNL)用于研究能否从海水中提取镁元素的。据PNNL估计,从海水中提取镁所需要的能量远远低于电解熔融盐的能耗,如果研究能够成功,将把生产效率提高50%。
美国的科罗拉多大学还设计了一种新的提取方法,用太阳能来取代一部分的能量供给。
日本和韩国在镁的研发上也取得了革命性的进展。据日经技术在线报道,日本已经研制出KUMADAI不燃镁合金,不仅解决了镁的易燃性问题,在加工方法上也有了进步。韩国政府打算在8年内投资约14亿元人民币进行相关研究,并也建立了镁板材的量产体系。
技术上动向表明镁离低成本量产的距离越来越小了,那么,当镁合金成功被低成本量产时,能有哪些应用呢?
其实非常广泛。实际上,在汽车制造商的计划里,到2020年,在车身结构上会使用平均160公斤的镁合金,大概占据了车身总重的十分之一,主要会应用在后备箱的面板或者座椅框架等部位。现在也有部分车型开始使用镁合金,大众的XL1,在加强梁和碰撞能量吸收结构,宝马也在旗下的部分发动机型号上使用了镁合金。特别的,在燃料电池方面,镁还能作为储存和运输氢气的材料得到运用。
除了成本和加工问题之外,镁要想广泛使用在汽车的结构件上,还需要解决其韧性较低、容易断裂的问题。福特等汽车厂商已经开始了这方面的研究。福特认为,如果镁能够在车身结构上大面积地使用,至少能够让车辆的重量降低20%。
在可预见的未来里,镁在成本上的竞争力可能永远也比不过钢。这也就意味着以后最有可能看到镁的应用的车型应该会是豪华车、跑车和高端的SUV了,对于这些车型来说,价格从来就不是问题。而且,它们还将因轻量化而在操控性、舒适性、动力性能以及燃油效率这些方面等到提升,更好地成就其名。