镁合金的应用前景

镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，其比重是1.74g/cm3，只有铝的2/3、钢的1/4；镁合金比铝合金轻36%、比钢轻77%。镁具有强度高、刚度高，导热导电性能好，并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合金的70%和易于回收等优点。除了比重低，镁还有很多良好的物理特性，使之在汽车结构材料应用中有时比铝和塑料更有应用价值。镁的物理性能的优点主要在于比铝高30倍的减振性能；比塑料高200倍的导热性能以及热膨胀性能只有塑料的1/2。 不过，在目前汽车使用的材料中，金属镁仅占2.5%，而且还有相当一部分是以合成材料的形式应用于汽车中。据预测，未来的发展趋势是镁的用量将进一步提高，在将来的特殊车辆中，例如F1赛车中，镁将会占到整车材料的10%左右。 目前，金属镁的原材料生产厂都在扩大生产能力，例如，在中国，金属镁的年生产能力已经从0.5万吨猛增到15万吨；在德国，镁合金铸件的年产量达到了3万吨，创造了有史以来的最高记录。另外，许多汽车零部件供应商和汽车生产厂家也都有着自己的镁合金材料开发项目和计划，例如，北美地区就有许多这样的设想，然而，计划最多、增长幅度最大的仍然是欧洲。表1为美国、欧洲、日本三大市场的镁合金需求量。 在汽车制造领域中，镁合金材料有60多种不同的用途。这些镁合金材料的汽车零部件既可以在高档轿车中看到，也可以在普通轿车中看到。在赛车、轿车和SUV中，价格昂贵的镁合金材料可以加工成合格的汽车零部件，而且也可以制造成汽车的承重部件。所有的汽车生产厂家都在他们的产品中采用了镁合金零件，只不过是用这些镁合金材料制作的零部件不同。 制造薄壁工件 镁合金材料制造的汽车零部件品种繁多，从汽车的运动部件（如车轮），到汽车的结构部件（如汽车座椅框架），再到承受高温的耐高温部件（如缸体），这些零部件的共同特点是承受的机械和化学负载较低。镁合金材料经常用来制造“支架”、“壳体”、“端盖”或“堵盖”类零件等。由于镁合金材料具有极好的铸造流动性能，因此，非常适合于制造横拉杆之类的薄壁结构件和大面积的车辆内部结构件，如车门和前、后舱盖等。金属镁的物理化学特性使其比铝更适合压铸大型部件，最常采用镁合金材料的零部件有：  转向轴，全球50%的转向轴采用了镁合金材料； 横梁，欧洲产轿车中使用了约6000t的镁合金材料； 变速器壳体，大众公司B型车架的轿车中每天使用约600个镁合金材料制造的变速器壳体。 原则上讲，镁合金材料主要用于汽车的内部结构的驱动系统中，大批量、由汽车零部件供应商提供的镁合金零部件有望在今后的5年内大量进入汽车制造业，那时，戴姆勒-克莱斯勒公司生产的汽车将采用镁合金自动变速器；BMW公司生产的轿车将采用镁-铝复合材料的发动机缸体。从长远来看，镁合金材料在车架制造和底盘制造中以及耐高温零部件的制造中也会进一步增加。 除了可以比钢和铝减轻40%～70%的重量这一优点之外，镁合金材料在减振、降噪和环保等方面也具有很大优势。地球上镁元素的含量丰富，便于对镁合金材料废旧零部件进行回收再利用；与铝合金材料相比，镁合金材料熔化、铸造时的能源消耗少，切削加工时机械磨损少，因此，整个生产费用可比铝合金材料减少20%左右。镁合金材料良好的焊接性能可能会给汽车的结构设计带来一场新的革命，它可以用来制造大量的结构件，特别是可以制造出一些薄壁件和大面积结构件，进而降低汽车的总装费用。 尽管每公斤镁锭的价格要比铝和铁贵一些，这一价格上的劣势因镁合金材料生产加工过程中的费用低廉而得以弥补，单位体积的镁熔化潜热只有铝的2/3，比热只有铝的3/4，并且有非常低的溶铁性，因此，总价格比铝合金材料仅高出20%左右。此外，镁合金材料还有一些不足之处就是耐腐蚀性差、抗蠕变性能差、刚性较差。在镁合金零部件的生产制造过程中，有许多问题需要解决，例如，在浇铸时，要克服不良的（冷）变形问题；另外，镁合金材料在实际应用中还有外部裸露件的锈蚀问题，还有在不同材质零件混和运输过程中都要注意提高镁合金的抗接触腐蚀能力，防止金属镁的自燃等问题。 新的发展机遇 与钢、铝材料零部件相比，镁合金材料零部件的竞争力在不断增强，镁合金材料的可回收利用性能在这方面也发挥了重要作用。当人们充分利用了金属镁的特性，按照金属镁特性合理地设计了汽车的零部件之后，镁合金零部件大有取代钢、铝零部件的趋势，而且不致引起价格的提高。表2为未来几年金属镁用量的增长趋势预测。 汽车工业中镁合金零部件数量不断增加的这一趋势为零部件供应商、系统供应商提供了一个新的商机，而在生产加工镁合金汽车零部件过程中，首先应解决好金属镁的烧蚀问题。德国大众公司采用了适当的安全防护措施后，可以在镁合金材料零件的浇铸、熔炼和切削加工中有效防止自燃。这是一种按照阳极表面处理原理对镁合金零件进行防腐处理的工艺技术。 随着科技水平的不断提高，镁合金材料的弱点也在不断被改进，镁合金材料将具有非常广阔的市场前景。