镁合金在汽车材料上的应用及发展前景

镁合金在汽车材料上的应用及发展前景（精选8篇）

篇1：镁合金在汽车材料上的应用及发展前景

镁合金在汽车材料上的应用及发展前景

摘要：介绍了镁及镁合金的类型和它们的基本性能，国内外在汽车材料方面对其的应用情况，镁合金在汽车轻量化方面的应用，展望了镁合金在未来的应用前景。

1、镁及镁合金的特性

镁是银白色的金属元素,常温下镁的密度为1.74 g/cm ,约为钢的1/4,铝的2/3。在金属镁中添加其他元素可以形成各种镁合金。镁合金是现在大量使用的工程结构材料中最轻的,其比强度明显高于铝合金和钢,比刚度与铝合金和钢相当。同时,镁合金还具有良好的减振性,在相同载荷下,减振性是铝的100倍、钛合金的300~500倍。镁合金还具有良好的切削加工性及尺寸稳定性,其耐凹陷性、铸造成型性及表面装饰性俱佳,加之具有易回收利用、导热优良性、抗电磁干扰及屏蔽性能等特点,镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动及风动工具和医疗器械等领域。金属镁主要用于:铝基合金的重要添加元素,用量约占镁的总消耗量的43%左右;制造各种零部件的用量已达到镁消耗量的35%左右;炼钢脱硫约占13%;阴极保护材料、金属还原剂和化工行业等。

当今，钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最多的三大类材料，按重量计算，三类材料占整车比例合计约为80%，其中钢铁约占62%，铝合金和塑料大体相当，均占8%-10%。镁合金在汽车上的应用比例为0.3%，平均重量约5kg，但近几年的增幅却较大。镁的比重为1.74g/cm3,是铝的2/3，钢的2/9，和塑料相当，是最实用的减重轻金属材料。镁合金也具有比强度、比刚度高等优良性能。正因为如此，镁合金有利于汽车轻量化、有利于节能和减排。据资料介绍：轿车质量每减轻100kg，油耗可降低5%。如果每辆汽车使用70kg镁合金，CO2年排放量能减少30%以上。汽车减重可以提高其加速性能；顶部和车门减重，可以降低汽车重心，增强稳定性；前部减重，可以使汽车重心后移，改善操纵性能。同时，镁的减振系数远高于铝和钢铁，具有优良的抗冲击性能，有利于减振降噪，选用镁合金作为汽车结构材料能有效降低汽车振动和噪声，受冲击时能吸收更多的能量。镁合金的散热性好，抗电磁干扰性高，使汽车更为安全舒适。

2、常用镁合金类型及其性能

由于交通工具轻量化的推动，世界各国都展开了对镁合金的研究，而限制镁合金发展的一个主要原因是镁合金的高性能——抗蠕变能力和高温疲劳性能较差，因此新材料的研发主要是针对这一问题进行，概括的说主要包括两个方面，一是对现有合金的优化，主要是针对现有的商业镁合金，特别是对AZ、ZK系合金进行改性，通过添加合金元素以期改善合金的高温性能；二是新合金系的开发，主要是指新型Mg-RE系的研发。

镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az系列）、Mg-Al-Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（AS）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n(ZK)、Mg-Zn-RE系（ZE）等合金。常用铸造镁合金的牌号及性能见表1。表2为常见变形镁合金的化学成分及基本特性。

3、镁合金在汽车工业应用现状

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：

♦ 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。

汽车用镁及镁合金部件包括仪表盘、支架、座位框架、导向轴部件、变速箱、汽缸头外壳、进气岐管等非结构件。镁汽车部件开发包括车蓬板、结构支架、后甲板盖、内车门框架、发动机头、发动机主体等。

表3是汽车上镁合金典型应用类型零件。从该表可以看出采用镁合金制作汽车零件均能达到减重的效果，同时很多部位也能充分利用镁合金的减振性能，提高整车的NVH性能。

4、汽车工业的用镁前景

世界交通世界交通运输车辆总趋势是轻量化，达到节能 降耗的目的。与%’年前相比，国外汽车自质量减轻%’HI%/H。未来汽车不管选用何种动力，都必须轻量化，尤以轿车最为突出。轻量化、节能降耗和降低排放污染是发展轿车的三项战略性课题，其中轻量化是关键。因此轻量化是汽车发展趋势。减轻汽车自质量最有效的途径是采用轻质材 料制造汽车，实践证明，选用轻金属（铝、镁）和塑料等轻质材料代替钢铁，能有效的减轻汽车自质量。在铝材和塑料已被广泛应用，汽车排放法规日趋严格，节能降耗更为迫切的新形势下，世界汽车业把目光投向镁合金，认为它是比铝合金和塑料更为优良的轻质材料，对汽车的减重效果更明显、节能降耗更有效、环境保护更有利。镁比铝更轻，是工业实用金属结构材料中最轻的金属。镁具有高的比强度和比弹性模量，良好的刚性及抗电磁干扰屏蔽性，优于铝的切削加工性和尺寸稳定性，高的阻尼性能和减振抗冲击能力。镁合金材料可回收利用，在当今世界环保意识高涨的今天，能高度回收利用的材料和制品将日益受到重用。因此，镁合金是减重节能、吸振降噪、安全环保型汽车结构材料，在汽车上最有应用潜力，它是汽车工业最有发展前途的轻金属结构材料。

我国镁资源相当丰富，储量居世界首位，而且产镁的地区大都电力充足，熔炼用辅料硅铁丰富，具有发展镁工业得天独厚的条件。目前国内用量很少，尤其是汽车工业用量极少，供大于求，大量低价出口。同时我国镁合金牌号、品种规格较少，无自成体系的压铸镁合金，零件制造成形技术落后，这 与我国镁资源优势很不相称，既影响到镁工业的发展，又制约着镁合金材料在汽车上的合理应用。因此，研究开发汽车用镁合金及零件先进制造技术，是结合国情，既现实又有发展前景，并亟待研究的重要课题。中国应重点开发丰富的镁资源，扩大在工业上的应用范围，并应紧跟世界汽车用镁合金的趋势，开创具有中国特色的汽车用镁合金新局面。

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。

篇2：镁合金在汽车材料上的应用及发展前景

关键词铝合金；现状；发展趋势

1引言

铁路运输工业正面临越来越严重的三大课题：能源、环保、安全。减轻火车自重以降低能耗，减少环境污染，节约有限资源已成为火车运输关注的焦点。轻量化是火车发展的一个重要趋势，通过使用轻质材料来替代传统的钢铁材料，可以减轻火车的质量，以达到节省燃料的目的。因此，越来越多的轻质或高比强度的材料受关注，如板、铝合金。本文就高速铁路客车用铝合金材料的现状及发展趋势做些讨论。

2铝合金的特点及其应用优势

2.1铝合金的特点

铝的密度小，仅为2.7（属轻金属），约为钢的1/3。由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜，所以耐蚀性好。铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂外形的零件。铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金，铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度，除固溶强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa，与低碳钢相比，比强度则胜过某些合金钢。铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。

铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。

利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点，制成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，制成各种装饰板材、型材，作为装饰材料。

成本低，而且使用一种加工工艺可以大量生产同样的零部件，这也是他的特点之一。

它的材料特性是轻、容易加工、以及在可耐强度方面不象碳素纤维有一个最大受力范围。这是什么意思呢？也就是说，碳素纤维因为有纤维的特性所以在一定的纤维方向上受力能力很强，但是在在别的方向上的受力就会很差。在制造一个比较大的零部件时可能会使用好几层碳素纤维，在超过受力能力时该零部件就会象酥饼一样变得一层一层的。而铝合金在承受了一定的力量后，会慢慢变形再损坏。

还有就是铝合金容易加工和具有高度的散热性。特别是车辆引擎部分特别适合使用铝合金材料。这里几乎完全是铝合金的一家天下。

此外，铝合金的加工工艺多种多样。通用性较强。

2.2铝合金在高速铁路运输的优点

（1）轻量化，节能降耗，有利环保。在强度刚性满足安全要求的同时，使用铝合金可大大减轻机车车辆的自重，一般来说铝合金车辆比钢质车辆轻30%~50%，对于高速列车车辆的轻量化最有效的途径就是尽可能多地提高车辆的运功铝比例。

（2）具有优良的耐火与耐电弧性。虽然铝的熔点大大低于钢的熔点，但车体的耐火耐电弧性不仅和材料的熔点相关，还与材料的导热性相关。铝合金材料与钢铁相比具有优良的导热性，其散热性比刚要好。

（3）耐腐蚀性。铝合金表面易形成一层致密的氧化膜，在大气中具有很好的抗氧能力。因此铝合金比钢质车体具有更好的耐腐蚀性，特别是车体不易涂覆的部位。同时铝合金表面可以化学着色、上漆、喷涂，通过这些方法大大提高了铝构件的耐腐性。可使车体表面美观，给人舒适的感觉。

（4）便于加工、制造、维修。随着大型中空、复杂断面铝塑材的开发应用，铝材焊接技术的不断进步，铝合金车辆制造技术日趋成熟铝合金件的易于更换，不需除锈，适用于各种表面处理，便于维护，还可以回收的特点，是制造工艺大大简化，制造所需工作量也较钢质车体大大减少。

篇3：稀土镁合金材料在汽车上的应用

关键词：镁合金,高性能,稀土,汽车,应用

镁合金材料由于具有重量轻、比强度高、比刚度高、抗震动、低噪音和优异的铸造性能等优点, 被誉为“21世纪的绿色金属结构材料”。稀土作为合金元素被广泛应用于钢铁及有色金属[1]中。在镁合金中, 稀土优异的净化、强化和耐腐蚀性能逐渐被人们认识、掌握和使用, 从而开发出强度更好, 耐高温和耐腐性能更为优越的镁合金材料, 大大拓宽了镁合金的应用领域。随着铁、铝等资源的逐渐减少和在使用过程中逐渐显现的一些不足, 镁合金材料成为最被看好的铝合金替代产品。镁合金材料目前广泛应用在交通、制造、3C电子和航空航天等领域[2]。以汽车材料为例, 国际上已经把镁合金材料的用量作为汽车先进性的标志之一。目前, 在汽车制造中已经使用的镁合金材料的汽车零部件多达100多种, 使汽车整车重量有了较为明显的降低。

1 高性能稀土镁合金的特点

1.1 镁及镁合金的特性。

镁是常用金属重最轻的一种, 是地壳中含量最丰富的元素之一, 是目前研究和使用最多的轻金属, 具有许多优良的性能特点[3]。a.镁的密度为1.74g/cm3, 是汽车轻金属材料重最轻的一种, 为铝的2/3, 钛的2/5, 钢的1/4。b.镁合金相对比强度 (强度和质量之比) 最高。比刚度 (刚度和质量之比) 接近铝合金和钢, 远远高于工程塑料。c.在弹性范围内, 镁合金件受到冲击载荷时, 能量比铝合金大50%, 因此具有良好的抗震减噪性能。d.镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当, 一般可达250Mpa, 最高可达600多Mpa。屈服强度, 延伸率与铝合金也相差不大。e.镁合金还具有良好的耐腐蚀性能, 电磁屏蔽性能, 防辐射性能, 可做到100%回收再利用。f.镁合金稳定性较高, 压铸件的铸造型加工尺寸精度高, 可进行高精度机械加工。g.镁合金的熔点比铝合金的熔点低, 压铸成型性能好, 压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应汽车各类压铸件。

1.2 高性能稀土镁合金的特点[4]。

稀土元素由于具有净化合金溶液、改善合金组织、提高合金室温力学性能, 增强合金耐腐蚀性能, 因而在冶金、材料领域中有独特的应用。稀土镁合金具有镁合金的固有优点, 同时又具有耐热强度高, 蠕变性能优良的新特点。在镁合金中添加适量的稀土元素后, 可以增加合金的流动性, 降低微孔率, 提高气密性, 显著改善热烈和疏松现象, 使合金在200~300℃的高温下仍具有较高的强度和抗蠕变性能。镁合金在稀土溶液中可以形成钝化膜, 提高其耐腐蚀性能。稀土加入镁合金中, 可细化合金组织, 促进合金表面氧化膜由疏松变为致密, 降低合金在液态和固态下的氧化倾向, 从而提高传统镁合金强度、塑性、耐蚀性、耐磨性等性能。

2 高性能稀土镁合金在汽车上的应用

从历史上看, 早在20世纪30年代就有大众汽车使用镁合金, 由于镁的价格上升才停止了使用。20世纪80年代初, 由于采用新工艺, 严格限制了铁、铜、镍等杂质元素的含量, 使镁合金的耐蚀性得到了解决, 同时成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用[5]。从20世纪90年代开始, 欧美、日本、韩国的汽车商都逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。

镁合金用作汽车零部件通常便显出很多优点, 如:a.镁合金零部件的使用可以有效的减低汽车整车的重量, 从而提高燃油经济综合标准, 降低废气排放和燃油成本, 据测算, 汽车所用燃料的60%消耗于汽车自重, 汽车每减重10%, 耗油将减少8~10%;b.镁合金零部件的使用使汽车整车重量减轻, 可以提高车辆的装载能力和有效载荷, 同时还可以改善刹车和加速性能;c.镁合金零部件的使用可以极大地改善车辆的噪音和振动现象;d.镁合金材料本身具有非常优异的变形和能量吸收能力, 镁合金零部件的使用大大提高了汽车的安全性能;e.镁合金压铸件具有一次成型的优势, 可以将原来多种部件组合而成一次成型的构件, 这种代替众多单个部件的方式可以大大提高零部件的生产率, 同时还能达到减少制造误差和装配误差, 减少部件间的摩擦和振动, 降低车辆噪音的作用。

进入20世纪90年代以来, 西方各大汽车公司相继开发镁合金零部件。目前, 汽车开始使用的镁合金压铸件已扩展到阀壳、齿轮箱、曲轴箱、车轮、前灯支撑托架、发动机气缸盖、离合器壳体、变速箱、方向盘等一百多种零部件。镁合金零部件除了在轿车领域中已经开始了广泛应用之外, 国外汽车公司又在积极研制大型汽车零件, 如汽车仪表盘、车门、座椅支架等。随着镁合金在汽车零部件中的广泛应用, 镁合金的使用量增至210公斤左右, 接近汽车重量的20%, 成为仅次于铝材而超过钢铁的重量。镁合金汽车材料的前景广阔, 发展前景是巨大的。

3 高性能稀土镁合金的展望

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。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。

随着稀土镁合金零部件在汽车领域中的逐渐广泛应用, 稀土镁合金的研制、开发和应用水平也逐渐被各国汽车制造企业重视起来[1], 稀土镁合金的研制、开发和应用能力在一定程度上代表了各国汽车制造水平。稀土镁合金有望向以下几个方向发展:a.进一步研究稀土元素对镁合金的强韧化、耐腐蚀和抗蠕变的作用机理;b.优化稀土镁合金系, 研究多元稀土镁合金的协同作用, 促进合金由二元合金系向多元高性能合金系发展;c.与先进的合金制备工艺相结合。通过压铸、快速凝固、半固态技术和挤压铸造等手段, 进一步提高稀土镁合金性能;d.降低成本, 大多数高强稀土镁合金中稀土的含量偏高, 由于稀土元素价格偏高, 所用开发低成本稀土镁合金也是决定稀土镁合金是否能够在汽车制造领域中广泛应用的关键因素。

结束语

环保、节能是21世纪人类社会可持续发展的重大战略要求, 作为最轻的常用金属中材料, 金属镁及其合金的广泛使用受到了人们的极大关注。镁在我国的生产使用具有良好的经济性和竞争性, 随着国内外对镁合金产品的需求的快速增长, 未来几十年使我国镁合金生产和消费的高速增长期, 镁合金的精深加工技术开发和产业结构的调整是我国发展镁合金工业的必然之路。为了进一步发展镁工业, 实现全球化、多层次、高品质镁合金制品的开发和制造, 除了加强现有镁合金技术产业化, 同时要在镁应用基础研究方面加大投入, 进一步挖掘镁合金材料的性能潜力, 拓宽镁合金产品的应用领域。现代汽车越来越多地使用镁合金轻金属材料, 采用镁合金材料, 可提高汽车的安全性, 因此将是总的发展趋势。镁合金在现代汽车的轻量化中将扮演极为重要的角色, 被认为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”。

参考文献

[1]张丁非, 谌夏.稀土元素对镁合金力学性能影响的研究进展[J].功能材料, 2014 (5) .

[2]余靖华.镁合金精密压铸成形工艺及模具设计制造[J].河南科技:上半月, 2014 (5) .

[3]重庆研发镁合金零部件助汽车“瘦身”[J].金属加工:热加工, 2014 (9) .

[4]李彩虹, 陈乐平, 尹健.镁合金稀土元素合金化研究进展[J].中国材料科技与设备, 2014 (2) .

篇4：镁合金在汽车材料上的应用及发展前景

镁及镁合金的优势

镁合金是最轻的金属结构材料，镁的密度每立方厘米只有1.74克，是铝的2/3，钢的2/9。采用镁合金能减轻整车重量，可在铝轻量的基础上再减轻15%~20%。镁合金的比强度和比刚度远高于铝和钢，镁合金的刚度随厚度的增加而成立方比增加，对用镁合金制造刚性好的整体构件十分有利。镁合金的减振系数远高于铝和钢铁，具有优良的抗冲击性能，有利于减振降噪，选用镁合金作为汽车结构材料能有效降低汽车振动和噪声，受冲击时能吸收更多的能量。镁合金的散热性好，抗电磁干扰性高，使汽车更为安全舒适。此外，镁合金具有良好的铸造性能和加工性能，同时有优异的回收再生利用的特性，其循环使用并不影响材料的性能，且再生熔解时的能耗比新材料制造所消耗的能源少得多，仅为矿石冶炼能耗的百分之几，更有利于环保和资源节约。

镁合金在汽车工业中的应用

20世纪20年代，德国率先把镁合金应用于汽车制造业；50~60年代，德国大众汽车的甲壳虫汽车大量使用镁合金作为结构零件。此后，欧美汽车制造企业纷纷应用镁合金零部件。自1990年以来，镁在汽车中的应用就一直以较快的速度增长，汽车用镁正以年均20%的增长速度迅速发展，镁合金已经成为汽车材料技术发展的一个重要领域。目前，国内外汽车企业正致力于研究占车重比例大的车身（约30%）、发动机（约18%）、传动系统（约5%）、行走系统（约16%）、车轮（约5%）等钢或铝零部件的镁合金化。

到目前为止，汽车上共有60多个零部件采用镁合金，主要用来制造以下汽车零部件：传动系统（齿轮箱外壳、离合器外壳、变速器外壳）、发动机系统（汽缸盖、油泵外壳、汽缸体、油盆、阀盖、轮盖）、车体系统（仪表扳、座椅架、移动式车顶架、车门内衬、安全气囊外壳、加油箱盖、车灯外壳、引擎盖、车顶扳、前簧架支撑组件、车身骨架）、底盘系统（转向架、锁架外壳、方向盘、轮圈、刹车及离合器踏板托架）。

国外镁合金在汽车上的应用

（1）北美 北美是镁合金用量最多的地区，其年发展速度为30%。加拿大Noranda技术中心研发的一种高温抗蠕变镁合金，已经用在宝马发动机组。在美国，许多汽车零部件采用镁合金铸造生产，在一些车型上每辆的镁合金用量大约为5.8~26.3千克。著名的汽车公司如福特、通用和克莱斯勒，在过去的十几年里一直致力于新型镁合金和镁合金离合器壳体、转向柱架，加气管及照明夹持器等汽车零部件的开发与应用，福特公司采用了30个镁合金压铸件、通用公司45个、克莱斯勒20个，单车用镁合金20~40千克，替代效果十分明显。福特用镁合金AM60生产车座支架安装在微型货车上，取代钢质支架，使座椅质量从4千克降低至1千克；用AZ91D制作锁套，比用锌减少质量75%；其载货汽车离合器壳改用AZ91D镁合金压铸件耐海水腐蚀性也比铝合金壳体好，延长使用寿命。福特2004年推出全新的F-150，将散热器支架做成镁合金铸件，不仅减轻质量，并为发动机仓节省了更大的空间，减少装配量。通用公司于1997年成功开发出镁合金汽车轮毂，并在Cadillac DeVille车上用AM50镁合金铸造仪表板，重6.8千克，比以前散件组装的钢结构轻20.4千克。

（2）欧洲 欧洲的镁合金用量仅次于北美，部分车型上的镁合金用量约为9.3~20.3千克，其年增长速度为60%。早在20世纪中期，德国就出现了镁合金压铸件。尤其20世纪90年代，德国在镁合金压铸领域一直在世界处于领先地位，以大众汽车公司最为突出。在汉堡举行的42届大众公司股东年会上，大众展出了世界上最经济的1L小车，其中车身空间框架采用镁合金比铝车身轻13千克，此外其燃油泵壳、变速器壳、座椅框架等也是采用镁合金制成。奥迪汽车公司第一个推出镁合金压铸仪表板。AudiA6 2.8上使用的Audi multitronic手动一体式变速器采用镁合金外壳，总重量比Tip tronic轻27千克。目前德国大众Passat、AudiA2、A4和A6的镁合金用量达到了每台14千克。奔驰公司最早将镁合金铸件用于汽车座支架。而宝马全面使用镁合金轮毂，不但每个比铝制品轻3.8~5千克，比钢制品轻8千克，同时抗振能力也有很大提高。不久前宝马推出镁合金制的发动机，使镁合金在汽车上的应用达到一个新台阶。可以说德国是推动镁合金压铸技术发展的先去与主动军。而英国罗孚集团在其2009年陆虎新美洲虎上使用了铸造镁合金前端。

（3）日本 就镁合金在汽车上的应用而言，日本要落后于欧美国家，最早仅限于汽缸盖、座椅架、仪表板等。但近年来发展迅速，如丰田公司首先开发使用了镁合金转向盘、轮毂、凸轮罩等，之后又推出了前排座椅为镁合金骨架的网状结构。丰田汽车的方向盘加装安全气囊后质量增加，采用AM60B镁合金压铸件后，质量比过去的钢制品、铝制品分别减少45%和15%，并降低转向系振动。而三菱公司与澳大利亚工业科技部合作，开发出超轻量发动机。目前，日本的各家汽车公司都生产和应用了大量的镁合金壳体类压铸件。

2. 国内镁合金在汽车上的应用

我国汽车工业用镁较晚，多处于研究开发阶段。上汽率先将镁合金用于桑塔纳轿车的变速器壳体、壳盖和离合器外壳；一汽已试制开发发动机罩盖、离合器壳、齿轮室和齿轮盖等小批量样件；二汽镁合金研发体系也已形成，近期投产的630、800和1600型镁合金压铸件生产线，可批量生产载重车的变速器上盖、脚踏板、真空助力器隔板、制动阀体等16种零件，并已大批量装车进入市场销售。

北京广灵精华科技有限公司专业从事镁合金制品的研发、生产和销售，一直致力于镁合金汽车零部件的生产和应用研发，镁合金件产品主要有方向盘骨架、扶手管、顶横梁、前防护总成和车桥减速器壳盖等。同时与北京现代、长安及北汽福田汽车等单位合作研发镁合金汽车壳类零件，主要有发动机气门室罩盖、仪表板横梁骨架总成、缸体罩盖等。

综上所述，在未来的发展中，镁合金除了在目前的应用领域（如车轮、发动机汽缸盖及进气管、变速器等）继续改善其性能并拓展其在不同轿车车型中的应用之外，在一些大型铸件上，也将拓展其应用范围，如顶盖、发动机罩盖、后备箱盖、内门板及框架、仪表板等。目的是不仅减轻质量，而且可以使几个零部件优化设计成一个镁合金铸件，节省加工工具的成本，提高装配效率。另外，随着镁合金挤压及冲压技术的不断开发应用，不仅能进一步减轻重量，而且使产品的综合性能大大提高，尤其冲压生产效率高、工装简单、成本低，因此为镁合金在汽车上的应用发展提供了新的机遇。

各国汽车制造商积极进行汽车轻量化，欧美各车厂计划到2020年，汽车减重15%左右；美国汽车材料协会预计到2020年北美生产的每辆汽车镁合金用量达到约160千克。相对于欧美等国，我国自主轿车平均比发达国家同类轿车重8%~10%，汽车轻量化的潜力更大。镁合金具有其他材料无可替代的密度和比强度、比刚度优势，具有优异的回收再利用性，以及良好的铸造及尺寸稳定性、抗振等特性，是汽车轻量化技术中替代钢材、铝材、塑料复合材料的理想和首选材料，其在汽车轻量化上的应用空间非常广阔。同时我国镁资源丰富，镁合金的发展有可靠的原料来源，依据目前镁合金在汽车中应用开发情况，镁合金材料势必将广泛应用于汽车工业。

篇5：镁合金在高铁上的应用及展望

近年来我国轨道交通装备行业发展迅速，轨道客车速度快、能耗低、舒适性设计、环境友好、以人为本的设计特点，具有其他交通方式无法比拟的优势。轻量化设计可以实现轨道客车多方面的优化，是轨道客车关键技术之一。镁合金是目前工程应用中密度最小、比强度最高的结构金属材料，在轨道客车轻量化应用中具有非常好的前景。

镁合金的开发和应用

现在广泛应用的镁合金主要可以分为两种，一种是铸造镁合金，另一种是变形镁合金。目前压铸镁合金在工业已经得到广泛应用，镁合金经过变形之后，可以得到更加优秀的综合力学性能，从而满足不同的场合需求，所以发展变形镁合金非常有前景。

镁合金的特点可满足航空航天等高科技领域对轻质材料降噪、减振、防辐射的要求，同时可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。目前镁合金在航空工业上应用很广泛，其中包括AZ91、AZ31、ZE41、QE22、WE43等。

节能与环保的新要求使汽车公司都设法减轻汽车的重量，从而达到降低汽油消耗和温室气体排放量的新标准，镁合金的减重效果可以最大限度满足日益严格的节能的温室气体排放的要求。镁合金具有良好的阻尼系数，减振性能好于铝合金和铸铁。在座椅、方向盘、轮毂上应用可以减少振动，在车门等壳体上应用可以降低噪声，提高汽车的安全性和舒适性。目前，汽车仪表、座椅架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有压铸和变形镁合金产品的应用。

轨道客车的轻量化设计

轨道客车轻量化设计主要是通过优化结构、采用新材料来实现，它主要包括列车车体、车内设备、车外吊挂安装设备的轻量化。在考虑减轻列车重量的时候，必须在确保车体强度、刚度、动力学和动应力等满足要求的前提下，尽量实现列车的轻量化。

按照添加合金元素的不同，目前常用的镁合金可以大致分为Mg-Al系合金、Mg-Mn系合金、Mg-Zn系合金；按成型方法可以大致分为铸造镁合金和变形镁合金，其中应用铸造镁合金中绝大部分是压铸镁合金。工业常用的镁合金包括AZ31B、AZ61A、AZ91D、AM60B等。

常用变形镁合金和压铸镁合金与铝合金的力学性能相近，非常有潜力在轨道客车替代铝合金，实现轻量化减重的目的。

现代轨道客车设计必须考虑的几个顶层指标分别是安全性设计、节能环保设计和舒适性设计。镁合金有良好的吸收能量性质，应用在列车座椅上可以在列车出现碰撞事故时使座椅吸收更多的能量，从而保护乘客的安全。比如AM60合金具有突出的吸能性，同时兼有良好的强度和韧性，已经在国外直升飞机座椅上得到应用。镁合金在列车减重节约能源方面优势明显，而同时镁合金具有优良的模压加工性能，可以压铸成为复杂的外形，从而满足座椅的人体工程学和外观美学设计。使用镁合金制作列车座椅上可以把美学、人体工程学、轻量化和成型性这几种设计很好地结合在一起。

国外轨道客车上已经有许多镁合金应用的报道。法国TGV高速列车已经在TGVDuplex双层高速列车座椅上应用了镁合金件，采用镁合金件的座椅总数量超过了45000个，应用镁合金的部件包括座椅小桌面板、座椅扶手、脚踏板、座椅侧面面板。采用镁合金的座椅重量明显减轻，和原先的铝合金座椅相比每个双人座椅由36kg减轻到30kg。镁合金件所需成本不高，减重之后节约了列车运行成本。TGV列车镁合金在座椅上的应用实现了减重、节约成本和应用功能的良好结合。韩国KTX特快列车在座椅基座上使用了镁合金板材零件，镁合金比之前采用铝合金和玻璃钢每个座椅减重5kg，并且可以节省8%～10%的成本。

日本新干线列车在轻量化减重技术方面一直处于领先地位。目前日本新干线N700系列高速列车座椅骨架已经采用镁合金，包括座椅扶手、中央支撑架、底垫、底座、扶手座、背靠等。使用效果良好，实现了整车减重目的，提升了动车组的动力性能并减少了能耗。

轻量化材料中的优势使镁合金在我国轨道客车应用潜力巨大，我国某些研究机构和主机厂也对镁合金在列车上的应用做了许多研究和试验。比如使用AZ91D镁合金替代动车组PA塑料制作小桌支臂减轻列车重量。动车组原始PA塑料小桌支臂强度较低，现车使用中有断裂损坏的风险，使用镁合金制作小桌支臂，不仅强度完全满足使用需求，并且可以明显提升承载能力、断裂伸长率和冲击韧性等性能。首先，经过测试镁合金小桌支臂的抗拉强度和弹性模量完全优于PA塑料小桌支臂，对两种材料的小桌支臂做20kg载荷变形量试验，结果显示镁合金支臂变形量明显小于PA塑料支臂。PA塑料支臂为实心结构，而镁合金支臂结构设计得更薄更合理，所以每个AZ91D镁合金支臂可以比原来实心PA塑料支臂减轻约35%的重量。疲劳强度试验结果显示镁合金小桌支臂完全符合疲劳耐久设计。尽管重量有所减轻，但由于材料性能出众，使用镁合金材料的小桌支臂最大承载能力比以前有明显的提升。综合评价得出，镁合金小桌支臂可以完全满足国内动车组使用需求，使用AZ91D镁合金替代PA塑料制作小桌支臂可以满足动车组的轻量化设计。

现阶段轨道客车镁合金应用的主要研究目标是在大部分非承载零部件上使用镁合金材料替代铝合金，在使用成熟后再发展到承载零部件的应用。根据镁合金的性能和特点，目前镁合金可以在列车以下结构上进行使用：

列车内装型材、车窗内框架、小桌板及支臂；

行李架边框、座椅骨架、卧铺框架、内部仪表盘框架；

车下裙板、车内间壁面板、车下设备舱底板。

国内有研究机构已经试制出了镁合金卧铺框架样品和镁合金间壁面板样品，有相关厂家批量生产了在行李架、座椅骨架、小桌板支臂等部位应用的镁合金零件，另有厂家正在试制蜂窝模块并设计过度车钩等。

有研究数据表明，运用镁相关材料来制造有轨列车车体及内装部件，将大大降低其重量。以京沪高铁的客运专线为例，如果将其车身用镁合金来制造整个车身，整体将减重约13 % 以上，节能平均幅度则是8%。以京沪高铁目前全线运营每天1000多班次的动车组来计算，全部应用镁合金车体，一天仅直达列车即可节约用电126万度、折合减少二氧化碳排放1146吨。由此可见，运用镁合金及复合材料对列车进行减重以后，对于节能减排意义重大。

篇6：镁合金在汽车材料上的应用及发展前景

摘要

随着汽车工业的飞速发展，减少燃料消耗和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，寻找较轻且性能良好的材料代替钢制汽车零件成为一个重要的研究方向。碳纤维增强复合材料具有强度高、重量轻、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良等特点，碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能，是当前汽车材料轻量化的重要研究发展方向之一。本文介绍了碳纤维增强复合材料的特点、成型工艺及在汽车行业的应用情况，以及碳纤维增强复合材料在汽车应用中存在的问题。

关键词：碳纤维 增强 汽车 应用

前言

现在社会汽车已成为人民出行必不可少的交通工具，在汽车给人类带来方便的同时也给环境带来了污染，汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，美国能源部相关研究表明，美国现有的汽车，如减重25％，每天可节省750,000桶燃油，每年二氧化碳的排放量可减少1.01亿吨，因此汽车轻量化已成为汽车工业技术发展的重要方向。除了对汽车各种零部件结构进行优化设计和改进外，采用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。如选用铝、镁、钛、高强度钢、工程塑料和复合材料等，用以制造汽车车身、底盘、发动机等零部件，可以有效的减轻汽车自重，提高发动机效率。

碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料，是目前最先进的复合材料之一。它以其质量轻、强度高、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗腐蚀材料，是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。纤维增强复合材料具有高强度、高模量，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要结构零部件的关键结构材料，同时也受到汽车工业广泛重视，碳纤维增强复合材料在汽车方面主要是汽车骨架、缓冲器、弹簧片、引擎零件等，早在1979年，福特汽车公司就在实验车上作了试验，将其车身、框架等160个部件用碳纤维复合材料制造，结果整车减重33％，汽油的利用率提高了44％，同时大大降低了振动和噪音。

碳纤维具有比重小、强度高、模量高、耐腐蚀等特点，可用于制造碳纤维增强聚合物、金属、陶瓷基复合材料，是先进复合材料最重要的增强体。碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能。本文将简述碳纤维增强复合材料的性能特点，及其在汽车工业应用的前景和存在的问题。由于碳纤维增强复合材料的价格昂贵，严重影响其在汽车工业中的应用。因此，发展廉价的碳纤维和高效率碳纤维增强复合材料的生产方法和工艺已成为汽车轻量化材料研究中的关键课题，美国、日本等已将其列为汽车轻量化材料的研究计划。

碳纤维增强复合材料的特性

碳纤维增强复合材料以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。

碳纤维增强复合材料的成型加工技术包括碳纤维的坯体制造、碳基体的制造和基体与纤维的复合。首先，将碳纤维或碳纤维织物制成坯体，根据原料形式不同分为：长纤维缠绕法；碳毡短纤维模压或喷射成型；石墨布叠层。目前，其坯体研制以三向织物为主，三向织物以X、Y、Z方向互成90度正交排列，各方向的碳纤维在织物中保持准直，因此能较好的发挥纤维的力学性能。其次，制作复合材料的基体。碳-碳复合材料的基体有树脂碳和热解碳两种，树脂碳是由合成树脂或沥青经碳化和石墨化获得，热解碳是由烃类气体的气相沉积获得。最后，把坯体与基体复合成型。

碳纤维增强复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。

（1）具有很高的强度和弹性模量（刚性）。它的比重一般为1.70～1.80g/cm3，密度低（1.7g/cm3左右）在承受高温的结构中，它是最轻的材料；高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度，强度为1200～7000MPa，；有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性；而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料。纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现“假塑性效应”即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。

（2）热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异

（3）耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部。

碳纤维增强复合材料在汽车行业的应用情况

碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要结构零部件的关键结构材料。由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，它也是适用于制造汽车主结构――车身、底盘最轻的材料，受到汽车工业广泛重视。主要的应用有：发动机系统中的推杆、连杆、摇杆、水泵叶轮，传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等，底盘系统中的悬置件、弹簧片、框架、散热器等，车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。自从1953年第一辆全复合材料车身的汽车问世以来，复合材料在汽车上的应用不断增多。如今在汽车车身、尾翼、汽车底盘，发动机罩、汽车内饰等各个地方我们都能够发现碳纤维复合材料的身影。

碳纤维增强复合材料的应用可使汽车车身、底盘减轻重量40～60％，相当于钢结构重量的1/3～1/6。英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明碳纤维增强聚合物材料车身重172kg，而钢制车身重量为368kg，减重约50％。但由于碳纤维成本过高，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限，仅在一些F1赛车、高级轿车、小批量车型上有所应用，如BMW公司的Z-22的车身，福特公司的GT40车身、保时捷GT3承载式车身等，碳纤维增强复合材料以其优异的性能取得了飞速发展并且在社会各领域得到了越来越广泛的应用.增强纤维作为纤维增强复合材料的一个重要组分,其性能如何将直接影响着复合材料的应用层次,而且高性能增强纤维作为高竞争性、高赢利性品种一直是世界各大生产商乐于巨额投资的研发项目品种,它的发展及其在先进复合材料中的适应程度在目前乃至将来都有许多值得探索的地方.在先进复合材料中, 碳纤维增强复合材料是目前最常应用的高性能增强纤维之一，碳纤维复合材料具有足够的强度和刚度以及优良的综合性能，它的应用将可大幅度降低汽车自重达40～60％，对汽车轻量化具有十分重要的意义，已成为汽车轻量化材料的重要发展方向。为提高碳纤维增强复合材料的用量，美国、欧洲、日本等通过加紧研究廉价碳纤维的原丝（高品级聚丙烯晴丝）和碳纤维的低成本、高速率的生产工艺，使碳纤维的价格降低到约3美元/磅。目前碳纤维增强复合材料已用于赛车、重卡、混合动力车的各种零部件的生产。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，抗拉强度却达到钢的7-9倍，以其制造的汽车可以节约燃油30％。碳纤维最初只应用于军事、航空航天等高科技领域，随着近年来碳纤维行业的逐步发展，才慢慢向汽车以及其他民用领域扩展。

1992年通用汽车公司介绍了超轻概念车（Ultralite Concept Car），该车的车身采用碳纤维复合材料，由手铺碳纤维预浸料工艺制造，整体车身的质量为191kg。用碳纤维取代钢材制造车身和底盘构件，可减轻质量 68%，从而节约汽油消耗40%。

丰田设计的“1/X”混合动力车，由于车身骨架采用碳纤维材料，创造出百公里耗油仅2.7升的超低燃耗记录。此外，三菱EVO X极致轻量化的车身改造，均缘于大量碳纤维套件的使用，如牌照框、导风罩、散热孔罩等构件均采用碳纤维材料。

卓尔泰克（Zoltek），是美国碳纤维领先制造商，已成立一个新的子公司，称为 Zoltek Automotive（卓尔泰克汽车公司），加快对轻质碳纤维在汽车业大幅应用的领域。这个新子公司将由两位在汽车复合材料应用方面德高望重的专家领导，并有超过12名来自卓尔泰克已有业务中的工程技术人员及其面向全球的销售人员加盟。

卓尔泰克公司董事长兼首席执行官Zsolt Rumy表示：“我们一直把汽车行业看作是我们的低成本、高性能碳纤维的最大的一个潜在市场。虽然我们已积极开发车用碳纤维很多年了，Zoltek Automotive的成立则是我们将产品开发与潜在市场需求更紧密联系的一个新的开始。我们将通过Zoltek Automotive的专业技术，开发新的生产方式，帮汽车行业客户制造性价比更高的碳纤维加工产品，使碳纤维技术的应用和流程更简易高效。”

日本帝人集团的总裁，也同样对进军碳纤维市场充满信心，认为通过未来几年在车辆中使用碳纤维增强塑料（CFRP），能够帮助电动汽车车身减重一半以上。

碳纤维复合材料具有比金属材料更高的刚性和抗冲击性能，还具有极佳的能量吸收能力，进一步保证了碳纤维复合材料汽车的安全性。据介绍，碳纤维复合材料的能量吸收能力比金属材料高4-5倍左右。数年来，F1车队一直采用碳纤维复合材料制造其赛车的碰撞缓冲构件，从而显着减少了这顶级汽车运动项目中的重伤事故。

碳纤维增强复合材料在汽车中的应用存在的问题

虽然碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量、比重小、耐腐蚀且具有较高的强度和硬度，但碳纤维增强复合材料的价格昂贵，大批量、高效率生产汽车零部件的工艺方法仍需要进一步发展、完善，严重影响其在汽车工业中的应用。除了价格因素之外，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用还存着在一些问题需要解决。存在的问题如下：

1.成本问题。碳纤维增强复合材料所用的纤维和基体材料价格高，是该材料在汽车工业广泛使用最大的障碍。生产碳纤维的原丝――聚丙烯晴丝较贵，美国正在研究以纺织商品级的聚丙烯晴丝为原丝并能够快速生产廉价碳纤维的工艺，可望将碳纤维的价格降至3美元/磅。

2.缺乏大批量、高生产效率的碳纤维复合材料汽车零部件的生产方法。

需研究能够生产多种形状和性能的汽车零部件工艺方法，由于汽车行业特点，要求工艺成本要低，生产率要高。研究发展高效、低成本的复合材料零件生产工艺意义重大。

3.缺乏复合材料的快速、大批量连接技术。4.复合材料汽车零部件的回收再利用问题。

5.碳纤维增强热固性树脂基复合材料的回收尚存在一定问题，有待解决。6.复合材料汽车零件的设计数据、试验方法、分析工具、碰撞模型等尚不完善。

结束语

碳纤维增强复合材料如此昂贵，还有发展空间吗？答案是肯定的。目前碳纤维增强复合材料在技术等各方面都取得了长足的进展，应用领域也在不断扩展，从以前主要集中在航空航天及代表科技前沿的军事领域，逐步拓展到工业应用领域，特别是近几年以来，碳纤维增强复合材料在土木工程、交通运输、纺织机械等方面的应用大幅增长，尤其在汽车上的应用大幅增加，据相关部门预测，世界碳纤维需求每年将以大约13％的速度飞速增长。谁先掌握先机的技术，研究出高效率，成本低的生产先进工艺就能占领整个市场，因此而获得巨大的经济效益。目前我们需要做的是研究高效、低成本的生产工艺，研究快速、大批量的链接技术，研究回收复合材料的回收再利用技术，完善复合材料汽车零件的设计数据、实验方法、分析工具、碰撞模型等，从这几个方面入手，碳纤维增强复合材料的成本会大大降低。

目前碳纤维材料在民用量产汽车，尤其是中档产品应用也十分广泛，很多厂商也已经开始提供碳纤维材料的小组件，如后视镜壳、内饰门板、门把手、排挡杆、赛车座椅、空气套件等，同时可以原装位安装到发动机舱的风箱、进气歧管等碳纤维改装件也是品种繁多。碳纤维材料在汽车领域的应用越来越多也越来越广泛，相信在不久的未来，汽车排放越来越“低碳”，而汽车本身则会越来越“高碳”。随着碳纤维行业的不断成熟与发展，以及节能减排和汽车轻量化大方向的指引，碳纤维材料或成汽车界“瘦身革命”的领导者。可以预见，碳纤维轻量车身必将掀起一股新的变革潮流，一个新的市场突破点正在形成。

国际上已将碳纤维复合材料在汽车中的应用列为汽车轻量化材料发展计划的关键内容，并取得了重大进展国际碳纤维市场发展迅速，需求量的不断增长也给中国碳纤维行业提供了难得的发展机遇。随着应用研究的进一步深入，未来碳纤维产品将趋向于高性能化，民用、工业用量将继续保持大幅增长趋势。受益于庞大的内需市场，碳纤维增强材料汽车零部件这一细分市场必将有巨大的增长空间。

参考文献

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篇7：镁合金在汽车材料上的应用及发展前景

现场会上的讲话

在全省上下认真学习贯彻党的十七届五中全会和胡锦涛总书记在深圳经济特区建立30周年庆祝大会上的重要讲话精神，着力加快经济发展方式转变，积极探索科学发展新路的关键时刻，我们在深圳召开全省新能源汽车发展与推广应用现场会，非常重要、十分及时。刚才，省发展改革委介绍了我省新能源汽车发展情况与下一步工作建议，深圳市介绍了推进新能源汽车产业发展和推广应用的经验和下一步打算，广州、珠海、韶关等市介绍了下一步发展新能源汽车的工作计划，都讲得很好，我都赞成。下面，我再强调三点意见。

一、统一思想、增强信心，加深认识大力发展新能源汽车的重要意义

新能源汽车是我省确定的战略性新兴产业发展重点，是我汽车发展的重要主攻方向。改革开放以来，省委、省政府把汽车产业作为我省工业发展的支柱产业来抓，不断加强产业规划和政策引导，推动汽车产业持续快速发展，取得显著成效。2009年，我省汽车产值达4000多亿元，机动车产量达113万辆，其中乘用车发展，从“八五”到“十一五”的十多年来，安排了多项电动汽车整车及关键零部件的研究攻关项目。2004年12月，省政府出台《九大产业发展规划》和《广东省工业产业结构调整实施方案》，明确要求开展电动汽车、车用动力电池等新型动力的研究和产业化，重点突破混合动力电动汽车技术。2008年，我省编制了新能源汽车行动计划。在今年出台的加快转变发展方式40条中更是明确将新能源汽车作为近期我省重点发展的三大战略性新兴产业之一。

目前，我省新能源汽车产业发展态势良好，成效初显，主要体现为“四个明显”：一是技术水平明显提升。近年来，我省新能源汽车动力电池、管理系统、牵引电机系统、动力系统总成和均衡充电机等关键零部件技术进步迅速。珠三角地区的 一批企业、高校和科研院所初步形成相关技术储备和生产能力。在国家863计划电动汽车专项上我省已经取得350项专利，其中发明专利166项，分别占全国电动汽车专项总专利数的44％和40％。二是产业发展明显加快。

目前我省已初步形成以比亚迪。五洲龙、广汽集团等企业为核心，涵盖客车、轿车、低速汽车、专用改装车、电池、电机等多系列、多品种的新能源汽车产业体系。整车方面，已研制开发出多款技术性能较好的混合动力轿车、纯电动轿车、混合动力电动客车和纯电动客车，相关车型已开始批量生产，部分车型还被列入国家《节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录》、五洲龙、广汽集团、飞驰、广通等企业LNG公交车已获得国家生产许可，丰田凯美瑞混合动力电动汽车也已在广州下线。关键零部件方面，涌现出了比克、东莞新能源、珠海银通等一批电池生产厂商，产能占全国的1／3强。三是示范应用取得明显成效。深圳新能源汽车试点工作已全面展开，目前已投入示范运营车辆共597辆。广州已开展60台混合动力公交车示范试运行。汕头进行了出租车、公交车、公务车等三种模式的试运营，示范运营总里程已达220多万公里。湛江、惠州、中山等市开展了LNG(液化天然气)公交车试点运营。四是应用环境明显改善。深圳大运中心、和谐充电站、深圳福田交通枢纽中心充电站、广州亚运城充电设施均已建成投入使用。电动汽车充电设施规划编制工作已全面启动，省直各部门正抓紧制定和落实促进新能源汽车发展的相关政策措施。

总的来看，我省新能源汽车产业起步较早、发展较快，在国内具有一定的规模优势和较强的竞争力。但与当前我省加快转变经济发展方式，构建现代产业体系，推进绿色、低碳发展的要求相比，仍然存在一些薄弱环节和突出问题。一是认识上有待进一步提高。一些党政领导和企业对加快发展新能源汽车的意义认识不足，紧迫感不强，推进力度不大。二是关键技术仍有待进一步突破。尽管电池、电机、电控三大关键技术取得了长足进步，但距离产业化还有相当差距。尤其是电池技术的不成熟，成为我省推广应用电动汽车的最大技术障碍。三是产业发展仍处于起步阶段。与发达国家相比，我国进入新能源汽车领域较晚，我省新能源汽车产业也刚刚起步，自主品牌电动汽车尚未批量进入市场，产业规模效应仍未形成。四是推广应用条件和环境有待完善。目前国内和我省充电、充气等节能汽车应用配套设施尚处于试验、示范阶段，形成成熟网络有待时日。我们要重视解决问题，突破制约，进一步加大推进新能源汽车产业发展力度。

当前，我省正处于加快经济发展方式转变，探索科学发展新路的关键时期。培育发展战略性新兴产业是我省调结构、促转变，加快建立现代产业体系，促进绿色、低碳发展的重大举措。党中央、国务院已经确定新能源汽车作为我国重点发展的七大战略性新兴产业之一，省委、省政府也将新能源汽车作为战略性新兴产业发展的三大重点之一。我们要从以下几个方面加深对发展新能源汽车重要意义的认识，以增强加快推进相关工作的责任感和紧迫感。一是加快发展新能源汽车产业，是培育新经济增长极的迫切要求。作为未来汽车消费市场的引领性产品，新能源汽车技术集成度高，产业关联度大，带动效应明显。大力发展新能源汽车，不仅可以直接带动钢铁、石化、机械、电子、金融、销售、售后服务等产业、行业发展，还会催生新材料、新能源、充电设施与充电服务等新产业、新行业，从而形成新的经济增长极，促进我省经济平稳较快发展。二是加快发展新能源汽车是抢占高端产业制高点的战略举措。纵观全球，在应对气候变化大势的带动和国际金融危机的倒逼之下，新能源汽车产业已经成为各国尤其是发达国家争相抢占的未来产业制高点。我国高度重视发展新能源汽车，《汽车产业调整和振兴规划》从国家层面提出了“新能源汽车战略”，汽车示范推广试点计划积极开展。作为全国第一经济大省，广东必须紧跟世界技术和产业变革趋势，依托我省汽车产业基础和优势，着力培育壮大新能源汽车产业。这对我省调整优化产业结构，构建现代产业体系，加快经济发展方式转变具有十分重要的意义。三是加快发展新能源汽车，是狠抓节能减排的着力点。能源紧张、环境污染等问题引起国际社会广泛关注，建设生态文明成为世界各国人民的广泛共识。新能源汽车具有节能、环保、低碳等特点，其动力来源广泛，不仅可以打破传统汽车对石化资源的依赖，而且可以带动核电、风电等新能源的发展，还可以平衡电网峰谷负荷，提高用电效率，保障电网安全，这也是贯彻国家能源战略、保障我省能源安全的必由之路。

总之，加快发展新能源汽车产业是我省深入贯彻落实科学发展观，构建现代产业体系，加快转变经济发展方式的重大战略举措。全省各地、各部门要从全局和战略的高度充分认识加快新能源汽车发展的重大意义，进一步增强使命感、责任感和紧迫感，按照省委、省政府的决策部署，加大工作力度，促进新能源汽车产业加快发展。

二、突出重点，狠抓关键，推动我省新能源汽车在产业发展和推广应用上取得新突破

当前和今后一段时期推动我省新能源汽车产业发展，要深入贯彻落实科学发展观，认真落实国家和省发展战略性新兴产业的各项决策部署，紧紧把握加快经济发展方式转变这条主线，充分依托我省现有汽车产业基础，以自主创新为核心，以产业化和示范应用为重点，以应用环境建设为突破口，坚持市场主导与政府推动相结合，自主发展与开放合作相结合，产品应用与产业发展相结合，分类指导与统筹推进相结合，从资金、．政策、机制全方位支持，研发、中试、应用和产业化全过程推动，着力推进我省新能源汽车产业加快发展，力争到2012年形成适应新能源汽车试点示范和区域应用的应用环境，攻克掌握一批核心技术并形成产业化能力，到2020年，将我省建设成为产业规模、品牌影响和技术水平均进入国际前列的世界电动汽车产业基地。具体工作中，要突出抓好五个方面：

(一)突出推进关键核心技术攻关。这是提升新能源汽车产业发展水平和国际竞争力的中心环节和关键因素，也是我省当前发展新能源汽车产业亟需突破的主要瓶颈。为此，一是着力攻克关键共性技术。着眼关键共性技术攻关，实施重大科技专项，开展技术攻关招标工作。依托现有汽车骨干企业、高校和科研机构，大力组织开展核心技术研发，重点在新型动力电池及其管理系统、电机及其控制系统、动力系统总成、充电机、整车系统集成等核心技术和关键产品研发上形成突破。二是加快推进创新平台建设。要紧紧抓住我省深入推进省部省院产学研合作的重要契机，积极组建国家和省级创新平台，推动新能源汽车领域申报组建国家工程(研究)中心、工程实验室、重点实验室等。在建设好我省现有国家电动汽车试验示范区的基础上，积极争取建设国家新能源汽车质量监督检验中心，加快形成功能完备的产业公共服务体系。三是积极建立地方性标准体系。要在遵循现有国家、行业标准的基础上，大力组织新能源汽车骨干企业、高校和科研机构研究制定地方标准，尽快形成较为完善的地方性标准体系。积极争取国家相关部门支持，大力推动具有自主知识产权的地方标准上升为 行业标准和国家标准，推进专利标准化和标准产业化。同时要主动参与国际国内标准化研究和制订，力争在新能源汽车领域提高话语权、抢占制高点。四是加强相关人才引进和培养。要加快人才培养基地建设，以高端领军人才和专业研发人才为重点，加大新能源汽车领域人才培养和引进工作力度，为新能源汽车产业发展提供人才支撑。

(二)突出推动新能源汽车产业化发展。要紧密结合我省汽车产业发展实际，坚持规划先行、龙头带动、统筹推进，切实推进新能源汽车产业化发展，使之早日成为我省新的经济增长极。一是加强产业发展规划，积极打造差别化发展的产业格局。要加快编制实施我省新能源汽车产业发展规划，进一步明确发展目标、思路、技术路线和具体推进措施。要根据全省各地发展实际，坚持因地制宜、分类指导，加强整体统筹协调，根据各地产业特点，进行统一布局，促进形成错位发展、优势互补、布局合理、协调有序的产业发展格局。产业基础好的地区要发挥优势、提升水平，大力发展新能源汽车整车和关键零部件产业，实现集约化、规模化、高端化发展；产业基础薄弱的地区要从本地产业发展优势和特色，围绕新能源汽车产业发掘、培育发展新能源汽车相关配套产业。二是加快推进重大产业项目建设，着力打造龙头带动企业。要加快规划建设省电动汽车产业基地，重点推进战略性新兴产业百强项目中的新能源汽车项目建设，特别要注重引进与培育整车生产项目，充分发挥其带动作用。目前我省有不少有决心也有实力生产新能源汽车整车的企业，现有汽车企业也有不少好的新能源汽车产品，要积极帮助这些企业和产品申报进入国家《车辆生产企业及产品公告》和国家新能源汽车推荐目录，培育和壮大具有自主品牌的新能源汽车产业。要加快推动广汽、深圳五洲龙、东风日产等骨干企业做大做强做优，积极打造新能源汽车龙头企业。三是加快打造上下游产业链，提升产业集聚发展水平。要充分利用汽车产业链长的特点，围绕新能源汽车整车制造龙头企业，积极发展动力电池、电机、电控、锂离子电池隔膜等上游制造业以及汽车金融、电池租赁、充电服务等下游配套服务业，建立新能源汽车市场营销、售后服务、二手车交易、电池回收和梯次利用体系，促进形成以广州、深圳为中心，要素集聚、规模集中、配套齐全的新能源汽车产业集群。

(三)突出发挥示范应用的带动作用，积极培育和扩大新能源汽车市场需求。这是推动新能源汽车产业化发展的重要基础。要充分发挥政府的推动、推动作用，大力组织实施重大应用示范工程，以LNG汽车为切入点，重点推进混合动力和纯电动汽车的示范应用，同时积极拓展燃料电池汽车等其他新能源汽车市场，以政府带社会、以示范创市场、以市场促产业。一是要以试点城市为突破口拉动市场需求。广州、深圳作为国家节能与新能源汽车示范推广试点城市，要进一步抢抓机遇，积极探索，加快完善推进新能源汽车应用的各项措施，认真落实国家下达的推广计划，力争打造成为全省乃至全国推广应用新能源汽车的核心城市。为了进一步扩大示范推广效应，省里初步决定将珠三角各市及东西北地区有积极性、有条件的城市认定为省新能源汽车推广应用示范城市，并将尽快印发省新能源汽车推广应用示范工作方案。各示范城市要积极借鉴深圳示范推广新能源汽车的好经验和好做法，在落实好省工作方案的同时加快制定本地推广应用示范工作方案，明确目标和进度安排，细化措施，确保完成示范推广任务。要积极推动珠三角地区成为国家新能源，汽车推广应用和产业发展试点区，并根据实际情况不断扩大试点范围，拉动全省市场需求。二是要积极选取部分行业领域进行推广应用。近期要以试点城市为主，以公共交通、政府机关、事业单位以及环卫、邮政等行业为重点，大力开展新能源汽车示范运营，通过示范不断积累应用经验，强化社会认知，带动市场普及。2011年起，珠三角地区所有更新或新增的公交车原则上要采用新能源汽车。三是要借助国际型大型活动平台，推进新能源汽车规模化应用。近期特别要紧紧抓住我省举办第16届亚运会、第25届世界电动汽车大会和第26届世界大运会等契机，在广州、深圳等重点城市开、展电动汽车示范运行。

(四)加快新能源汽车应用配套设施建设，营造良好的推广应用环境。应用条 件和环境的好坏直接影响新能源汽车产业发展的成败。各地、各有关部门要把新能源汽车应用条件和环境的配套完善，作为推广应用新能源汽车、促进新能源汽车产业发展的重中之重来抓。一方面，要切实加快配套服务设施建设。要以试点城市为重点，大力力口强充电、维修维护、电池管理等配套服务设施建设。认真借鉴国内外电动汽车充电设施规划建设经验，抓紧制定我省新能源汽车充电充气设施建设总体规划，并纳入城市建设规划。另一方面，要积极探索创新公共充电设施的管理机制和商业模式。南方电网、中海油、中石化、中石油等企业投资建设充电、充气设施积极性高，省政府已就电动汽车充电设施建设和南方电网公司签署了战略合作框架协议，深圳市也已引进南方电网、普天海油以特许经营方式参与新能源汽车社会充电设施的建设和运营。这是一个很好的开端。接下来，要认真落实好各项合作协议，加快推进充电充气设施建设，并不断丰富完善充电设施建设和运营模式。各地、各部门要积极创造条件支持充电充气设施建设，在国土、规划、环保、项目审批等环节打开“绿灯”，积极协调解决项目建设中涉及的有关问题，力争早日建成覆盖广泛、布局合理、快速方便的公共充电网络。

(五)加强国际产业和技术合作，构建大开放、大合作、大创新的发展格局。要把握经济全球化的新特点，以办好第25届世界电动汽车大会为契机，积极搭建国际性产业和技术交流与合作平台，推动我省与世界电动汽车领域企业、科研机构建立广泛深入的联系。要坚持引资与引智并重，力口强国际科技和产业交流与合作，进一步优化产业投资环境，吸引境内外新能源汽车龙头企业来粤开展产业合作，引导外商直接投资建设新能源汽车重大项目尤其是整车生产项目。充分利用全球创新资源，鼓励国内外企业在我省设立研发机构。与此同时，要鼓励支持我省企业“走出去”，积极参与国内外同类型行业组织的交流与 合作，建立稳定的合作交流机制。支持有条件的企业开展境外投资，在境外开展联合研发活动，积极参与国际范围的核心技术和高端管理、服务等方面的较高层次分工。认真落实国家和省支持高新技术产品出口的相关优惠政策，鼓励我省新能源汽车企业开拓海外市场。

三、加强领导，狠抓落实，形成推进我省新能源汽车产业发展的坚强合力

推动新能源汽车产业加快发展是一项艰巨复杂的系统工程。各地、各部门、各有关企业要加强领导，精心组织，周密部署，协调配合，以坚强合力，推动新能源汽车产业发展。

(一)加强组织领导。要切实加强对新能源汽车产业发展与推广应用的组织领导，进一步完善省新能源汽车发展联席会议制度，及时协调解决新能源汽车产业发展中的重大问题。要建立跨部门工作协调机制，省发展改革委、经济和信息化委、科技厅、财政厅等省直有关部门要各司其职、密切配合。同时要充分发挥企业、高校、科研机构、行业协会、应用单位、金融机构等的积极性、主动性和创造性，积极组建产业发展联盟。各地、各部门特别是试点地区要认真按照《广东省电动汽车发展行动计划》和《广东省新能源汽车产业发展工作方案》及省有关工作要求，制定切实可行的实施办法，量化目标，明确进度，确保各项政策措施落到实处。

(二)加快完善鼓励新能源汽车应用和产业发展的政策体系。要综合采取财政、价格、政府采购、技术标准等手段，支持新能源汽车技术研发、产品制造及推广应用。加快研究建立新能源汽车购车补助制度，出台政府采购新能源汽车的实施细则，将符合条件的新能源汽车产品纳入省政府采购目录，并在车辆定编和资金方面予以优先安排，引导各级政府逐年加大公务购车中新能源汽车所占比例。要注重培育自主品牌，在同等条件下优先采购具有自主品牌的新能 源汽车。要抓紧研究实施停车费、道路通行费优惠，汽车办证、年检、排放检测绿色通道措施，以及新能源汽车充电、充气价格优惠等政策。各示范城市要认真落实各项补助政策，并结合本地实际研究出台促进新能源汽车推广应用、产业发展的优惠措施，以及动力电池以旧换新等补贴政策，为新能源汽车发展营造良好的政策环境。

(三)加大投入力度。要用足用好省财政支持新能源汽车发展的专项资金，切实把资金落实到位。要拓宽融资渠道，充分发挥财政资金“四两拨千斤”的带动作用，引导社会资本投入新能源汽车发展领域，加大对新能源汽车公共平台和配套实施建设、示范应用等的投入力度。鼓励和引导金融与创业投资机构建立适应战略性新兴产业特点的信贷管理制度和贷款评审体系，积极推进知识产权质寸甲融资、产业链融资等金融产品创新。支持符合条件的企业发行企业债券和上市融资，鼓励大型汽车企业成立汽车金融公司。

(四)强化宣传引导。要充分利用各类新闻媒体，积极采取论坛、展会等多种形式，加大对新能源汽车的宣传力度，充分展示新能源汽车的发展成果及其优点，广泛宣传我省对于发展新能源汽车的各项优惠政策，提高社会各界对新能源汽车的认知和接受程度。特别要注重充分利用第16届亚运会、第25届世界电动汽车大会和第26届世界大运会在我省举办的契机，精心策划，周密安排，掀起一轮宣传推广新能源汽车的高潮。

同志们，加快新能源汽车产业发展和推广应用意义重大、任务艰巨、前景广阔。希望全省各地、各单位、各企业认真按照省委、省政府的决策部署，以坚定的信心、高昂的斗志、满腔的热情，扎实工作、锐意创新，切实推动我省新能源汽车发展取得新突破，努力把广东建设成为技术、产业和应用水平均达到国际前列的世界新能源汽车产业基地，为我省抢占战略性新兴产业发展制高 点，加快经济发展方式转变，当好推动科学发展、促进社会和谐的排头兵作出新贡献!

篇8：轻量化材料镁合金在汽车上的应用

1 镁合金扩大应用的必然性

目前, 在汽车中镁型材、变形镁合金的应用较少 (平均用镁量不到3 kg) , 主要应用的都是压铸件 (单车达到30�40 kg) , 原因如下。

a.轻量化。镁合金的密度约为钢铁的1/4, 铝合金的2/3, 替换钢铁件一般减重都在50%以上。

b.尺寸精度高、稳定性好。采用整体压铸生产工艺, 尺寸公差控制在0.5 mm以内, 从而保证尺寸的精度与稳定性, 能很好地解决目前钢零部件的干涉、异响等问题。

c.设计灵活。开发产品的时候, 局部需加强刚度时可增加厚度, 需让出空间时可减小厚度, 可使产品高度集成化。

d.便于生产。整体压铸, 工艺简单, 生产环节减少, 便于物流、生产和质量管理, 更容易控制质量, 有效降低成本。

e.绿色环保。镁合金材料可以百分之百地回收利用。失效产品或废料进行回收利用也可降低成本。

f.NVH性能优良。镁有极好的阻尼减振性能, 可吸收振动和噪声, 有效降低运行时的噪声。

2 典型镁合金汽车零部件

随着镁合金汽车零部件的开发, 镁合金在汽车上的应用特点如下。

a.由体积小的零件向大的零件过渡。

b.由结构简单的零件向复杂件过渡。

c.由简单受力件向具有特殊性能要求的件过渡。

d.由分件组合向单一压铸件过渡。

镁合金零部件在整车上的应用见图1。

国内外主机厂、零部件供应商开发了很多镁合金零部件, 其中一部分已经大批量应用在商品车上, 仍有一部分应用还有瓶颈需要突破。比如轮毂目前仅用在少数赛车上, 若要大批量应用, 腐蚀、石击等难题必须解决。总体来看, 短期内能大批量应用的主要是对耐腐蚀要求不高的零部件, 如转向盘骨架、座椅骨架、仪表板骨架等。不同镁合金材料牌号应用的零部件见表1。

(1) 转向盘骨架

目前, 转向盘骨架是轿车应用镁合金普及率最高的零部件。一般选用AM50合金, 质量在550�700 g。不同厂家因安装方式不同设计有3种安装结构:第一种是使用钢质花键嵌入镁合金骨架;第二种是在镁合金骨架上直接攻丝;第三种为楔形六角结构, 不攻丝。商用车因转向盘直径大及其他特殊要求等原因其应用相对较少。转向盘骨架见图2。

镁合金转向盘骨架相对原钢质设计减重40%以上, 成本会有所提高。

(2) 仪表板骨架

1968年仪表板骨架应用在奥迪车上, 1995年应用在通用汽车公司的新年度车型上。第一代这种部件的质量大约为7�8 kg, 壁厚大约为3.5�4 mm。第二代的镁合金仪表板骨架的壁厚和质量都进一步减小, 但仍保持着较高的防撞性及减振、降噪、刚度的要求。目前, 镁合金仪表板骨架的质量大约为4.5�5.0 kg, 壁厚大约为2.7�3.0 mm。

国、内外主机厂应用镁合金仪表板骨架的情况 (不完全统计) 见表2。国外品牌应用较多, 国内自主品牌应用较少, 目前仅奇瑞车型有所应用。

根据日本相关研究, 不同级别车型镁合金仪表板横梁减重对比见表3。

镁合金仪表板骨架的应用是由体积小的零件向大的零件过渡迈出了重要的一步, 其相对于钢减重达到60%以上, 可集成仪表板骨架周边30�60个支架类零部件, 总成的尺寸稳定性得到大幅度提高。

(3) 变速器壳体

1999年奥迪采用了第一款镁合金自动变速器。上海镁镁合金压铸有限公司为上海大众汽车公司的桑塔纳轿车配套生产变速器壳体, 是较早生产镁合金压铸件的企业之一。东风汽车公司以镁合金变速器上盖的产业化应用为重点突破对象, 完成了10万次规范的台架试验, 并顺利通过考核。奇瑞公司开发了镁合金变速器壳体 (图3) , 其质量相对铝合金减轻33.3%, 成本降低8%, 钝化处理后中性盐雾试验经过48 h变速器壳体表面无白锈, 在达到72 h时镁合金表面生成白色腐蚀产物。

镁合金应用到变速器壳体上, 除能体现其密度小、抗振动、降低噪声等优势外, 主要体现散热和机械加工的优势。镁合金、铝合金的热扩散系数α分别为3.97×10-5 m2/s和3.64×10-5 m2/s, 体积比热容分别为1.90 J/ (cm3·K) 、2.64 J/ (cm3·K) 。在相同体积下, 镁合金的蓄热能力要远比铝合金低, 但两者的散热能力却相差无几。因此, 采用镁合金的变速器壳体能更好地散热, 从而降低齿轮的高温磨损和咬死的概率。

镁合金铸件可以直接进行切削加工, 获得光亮的表面, 而铝合金铸件则需要热处理后才能进行机械加工。不同金属材料的切削能量消耗指数见表4。由表4可见, 铝变速器壳体的切削能量消耗是镁变速器壳体的1.8倍。

(4) 座椅骨架

前排座椅一般功能较多, 其结构较复杂, 而后排座椅功能较少, 其结构较为简单。目前, 镁合金在座椅上的应用研究相对较少, 主要是以靠背骨架和座垫骨架单独开发为主, 见图4。座椅减重效果见表5。前排座椅骨架组装时使用螺栓、卡扣将镁合金靠背、座垫与调高机构、角调机构连接在一起。后排靠背和座垫不组合, 分别卡在轮罩安装支架、地板安装支架上。

从表5可以看出, 镁合金后排靠背骨架减重最为明显, 主要是因为目前的靠背骨架多使用直径为25 mm以上的焊接钢管。座垫骨架减重仅为18.2%, 是因为目前的座垫骨架多为直径5 mm的钢丝折弯焊接构成。

(5) 前端模块

2003年Ford公司在F150型车上首次应用镁合金前端模块 (图5) , 材料为AM50A。该铸件质量为6kg, 减重12 kg, 集成了12个钢冲压件, 能满足结构刚度, 尺寸精确性得到提高[2]。

kg

2007年, 我国科技部联合美国、加拿大启动了“镁质车体前端结构研究与开发”项目, 目前第一阶段于2009年结束, 整个项目将于2012年全部完成。

(6) 其他

镁合金还用到很多其他部位, 如气门室罩盖、转向油泵支架、转向管柱支架、中通道支架、发电机支架等, 见图6。

3 结束语

北美镁战略联盟计划到2020年车用镁平均总质量约达到158 kg。按照目前平均3 kg, 年增长20%计算, 到2020年我国与北美仍有很大差距。从“十五”计划、863项目开始, 镁合金汽车零部件在国家科技部指引下, 加快了开发进度, 取得了一定的成果, 但在产业化方面却不尽人意, 下一步的政策应该倾斜在企业应用上, “十二五”计划中已有所体现。

中国自主品牌的汽车产量正在逐步增加, 以汽车轻量化技术联盟为依托, 以镁合金加工及应用技术创新战略联盟为平台, 加强镁合金相关技术的研究, 为在汽车上应用提供技术和资金支持。目前, 镁合金的价格与铝合金价格相差不多, 镁合金在汽车行业的应用将快速崛起。

参考文献

[1]孙景林, 郭静, 等.镁合金在汽车轻量化方面的应用[J].轻金属, 2008, (7) :58-61.