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大力推进镁合金在交通工具中的应用(曹建勇 王里进)

来源:重庆新材料产业联合会    发布时间:2015/4/28 5:09:42    浏览次数:2942    

 

    一、重要意义

随着世界能源危机、资源危机与环境污染问题的日趋严重, 特别是雾霾、PM2.5等空气污染已经引起国家和社会的高度重视。由于汽车、摩托车等交通工具数量不断增加带来的PM2.5等污染物的排放受到各方面的密切关注。为了减轻交通工具、机动车辆带来的环境压力,不断节能和轻量化已成为汽车等交通工具的重要问题。交通工具要减少汽油、柴油等燃料消耗,满足环境保护的要求,重要措施之一就是减轻自重,据测算, 汽车所用燃料的60 % 消耗于汽车自重, 汽车的重量每减少10% , 油耗也将减少8 % 到1 0 %。

    被称为“轻量化时代新宠” “21 世纪的绿色金属”的银白色镁及镁合金,是目前应用的最轻的金属结构材料,因镁合金的比重是铝的2/3, 锌的1/4, 不到钢或铸铁的1/4, 镁合金在汽车轻量化上是极具竞争力的材料。采用镁合金制造车体零部件具有一系列优点, 如: 可以显著减轻车重、降低油耗、减少尾气排放量、提高零部件的集成度、降低零部件加工和装配成本、提高汽车设计的灵活性、改善车体刚度、提高废旧零部件回收率、提高车体安全性和可操作性等,据测算,如果每辆车能使用70 kg镁,CO2等污染物的年排放量就能减少30 %以上。而镁合金产品在火车、船舶、轨道交通等交通工具上的应用,能够减轻重量、节省能源、减少污染,这也是国家正在大力提倡的。

但是,我国目前镁合金的应用水平依然很低。2014年国内镁产量87.38万吨,镁消费量仅为40万吨,其中近70%用于冶金领域,用于加工领域的仅为30%左右,不过是只有10万吨左右,而同是轻金属的铝材产量却高达4845万吨,两者相差450 多倍。据工信部发布2014年我国全年汽车工业经济运行情况数据显示,去年我国累计生产汽车2372.29万辆,同比增长7.3%,销售汽车2349.19万辆,同比增长6.9%,产销量保持世界第一。目前我国汽车单车用镁量在0.5-2kg左右,未来5年内,若将我国汽车单车平均用镁量提高到20kg/车,按照年产2500万辆汽车来算,仅汽车镁产品的用量就将达到50万吨,产值超过200亿元。将显著改善中国镁产业的结构,同时带来明显的环境效益。

二、研究基础

美国和德国曾实施“PNGV”、”MARDIC“等研究计划,以推动镁合金在汽车工业上的应用。世界各大汽车公司都非常重视开发镁合金零部件,从20世纪90年代开始,欧美、日本、韩国的汽车商逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。国外近几年镁合金在汽车上的应用,以年均25%的速度快速增长。北美是汽车用镁量最大的地区, 其次是欧洲、日本和韩国。在北美一些车型上, 镁合金用量大约为5.8~26.3kg/辆, 美国通用、福特、克莱斯勒等三大汽车公司用镁量均呈逐年增长趋势,美国通用和福特汽车公司预计在今后的20年内每辆车的镁合金用量提高到100 kg。在欧洲一些车型上, 镁合金用量大约为9.3~20.3kg/辆。就镁合金在汽车零部件上的应用而言, 日本要落后于欧美等国,到目前为止, 日本只在汽车变速箱、气缸盖、座椅架以及仪表盘等零部件上采用了镁合金。总体上看,镁合金在汽车上的应用, 多以压铸件形式存在, 约占全球镁合金压铸件产量的80%左右, 主要用来取代铸铁、铝合金、塑料和钢制冲压焊装组合件等。

我国经过“十一五”和“十二五”“”科技攻关,使镁合金合金从原来只应用于汽车的结构部件(阀套、离合器壳体、方向盘轴、凸轮罩、刹车托板支架等)扩大到高温部件(齿轮箱、曲轴箱、发动机壳体、油盘等),已有20余种汽车零部件采用镁合金材料。长春一汽集团已形成了年产1500t镁合金压铸件的生产能力,开发的几种汽车零部件已经实现量产:已批量生产镁合金转向盘30万件,镁合金气缸罩盖10万件;天汽生产气缸罩盖和链条室罩盖20万件,其性能达到或超过国外同类产品水平,产品合格率达95 %以上;长安汽车突破了大型复杂镁合金铸件在汽车上集成应用的技术瓶颈,实现座椅骨架、动力总成、备胎架、转向盘骨架、轮毂等镁合金汽车零部件的产业化开发与应用,实现单车集成用镁量20.1 kg,直接应用于长安CV11及正在研发及后续开发的系列车型上。推动镁合金材料从原料生产、零件加工到生产装备整个产业的持续健康发展。

到目前为止, 在汽车上共有60多个零部件采用了镁合金, 其中仪表盘基座、座位框架、方向盘轴、发动机阀盖、变速箱壳、进气歧管、汽车车身等7 个部件镁合金的使用率最高。就其使用部位性质的不同,可分为壳类和架类两类零件。壳类零件采用高塑性的镁合金不仅可以减轻重量, 而且由于镁合金的阻尼衰减能力强, 还可以提高汽车抗振动及耐碰撞性能, 降低汽车运行时噪音; 主要包括汽缸盖、离合器壳、变速器壳、滤油器壳、空气滤清器壳、分动器壳、增压器壳、灯罩等。架类零件包括方向盘、仪表盘、风扇架、挡泥板架、踏板托架、转向支架、刹车支架、灯托架、座椅架、轮毂等。

目前,西方国家已经占领镁合金在汽车应用领域的制高点,运用他们自己制定的市场规则设立镁合金的应用推广壁垒,而且,尽管已掌控很多镁合金应用话语权,西方国家仍然对镁合金的应用非常的重视,视为战略新材料,实施研究及产业化战略。中国在镁合金研究与应用技术方面虽然在近年来取得一定的成果,在世界上拥有一定的地位,从国家总体机械与工艺制造水平和实力评价,已拥有“中国制造”的头衔,并不缺乏“一级供应商”的潜力,但提高中国的镁合金应用水平,特别是在汽车、轨道交通等交通工具领域,也应该成为国家资源和能源战略重要内容。也只有这样,才能尽快的缩短中国镁合金与西方国家的差距,从而改变“外国人用中国生产的镁,加工成镁合金产品,再高价出口到中国来,在不消耗本国资源的前提下,赚取高附加值利润”的局面。

三、总体目标与重点任务

总体目标:实现国产汽车单车用镁量达到50kg。

重点任务:

1、镁合金材料连接和防腐蚀问题。

对策:将高校和供应商的镁合金连接技术、镁合金的焊接技术及表面处理技术真正应用到汽车的零部件上,开展紧密的产、学、研合作,国家和行业要有专项资金项目支持。

2、 耐热镁合金的抗蠕变和压铸成形问题。

对策:汽车制造商、供应商联合高校科研院所开展镁合金耐热、抗蠕变、低成本新材料的研制,扩大其应用范围。

我国汽车工业是国家经济发展的支柱产业,目前正处于高速发展阶段,但由于技术和采购价格等因素,目前我国汽车应用镁合金零部件的水平还不高。在汽车减重和节能降耗的大背景下,国内汽车厂家(一汽、东风、长安、奇瑞和吉利等)都应联合相关高校和科研院所,积极开展镁合金零部件的研究和开发工作。可以预测,在镁合金生产应用技术瓶颈已经逐渐取得突破的今天,一旦性价比提高,其应用范围和用量必将迅速扩大。

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