1.鎂合金在汽車上的應(yīng)用 　　鎂(Mg)是一種輕質(zhì)的銀白色金屬，在空氣中加熱能夠燃燒并能發(fā)出強(qiáng)烈的火焰，節(jié)日放的煙花就含有鎂粉，在夜幕中會(huì)爆發(fā)出閃閃發(fā)亮的禮花。但在鎂材中添加一些其它的金屬元素，例如鋁、鋅或者鋁、錳等，它就會(huì)改變了自己的特征，變成了一種具有較高強(qiáng)度和剛度，具有良好鑄造性能和減振性能的輕質(zhì)合金材料，這些鎂合金材料在現(xiàn)代汽車中已得到廣泛的應(yīng)用。 　　從歷史上看，早在20世紀(jì)30年代就有大眾汽車使用鎂合金，由于鎂的價(jià)格上升才停止了使用。80年代初，由于采用新工藝，嚴(yán)格限制了鐵、銅、鎳等雜質(zhì)元素的含量，使鎂合金的耐蝕性得到了解決，同時(shí)成本下降又大大促進(jìn)了鎂合金在汽車上的應(yīng)用。從90年代開始，歐美、日本、韓國(guó)的汽車商都逐漸開始把鎂合金用于許多汽車零件上。 　　目前鎂合金一般用于車上的座椅骨架、儀表盤、轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱、輪圈、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋、變速器殼、離合器殼等等零件，其中轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱、輪圈是應(yīng)用鎂合金較多的零件。鎂及鎂合金作為一種新型的應(yīng)用材料，近年來已廣泛應(yīng)用于軍用、民用領(lǐng)域的許多方面。在汽車行業(yè)，上海汽車集團(tuán)公司、一汽集團(tuán)、東風(fēng)汽車集團(tuán)、江鈴汽車公司等國(guó)內(nèi)大的汽車公司均開始使用鎂制零部件。隨著技術(shù)的發(fā)展，將有更多的零件用鎂合金制造。 　　2.鎂合金的應(yīng)用有利于汽車安全、節(jié)能和環(huán)保要求 　　鎂合金零件帶給汽車的好處是顯而易見的。一是它的質(zhì)量輕，其密度只有1.7，是鋁的2/3，鋼的1/4，換用鎂合金就能減輕整車重量，也就間接減少了燃油消耗量。二是它的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，比剛度接近鋁合金和鋼，能夠承受一定的負(fù)荷。三是它具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性，客易加工，廢品率低，從而降低生產(chǎn)成本。四是它具有良好的阻尼系數(shù)，減振量大于鋁合金和鑄鐵，用于殼體可以降低噪聲，用于座椅、輪圈可以減少振動(dòng)，提高汽車的安全性和舒適性。鎂合金雖然有這些優(yōu)點(diǎn)，但從成本上看它仍然偏高于鋁合金。盡管如此，鎂合金的應(yīng)用前景仍然看好：福特汽車公司已開始用鎂合金來制造懸架零件、制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗等；而日本1990年每輛汽車用鎂量?jī)H5公斤，2000年增至210公斤，占汽車重量的25%，僅次于鋁材而超過鋼鐵的重量。 　　目前，歐洲和美國(guó)正在使用和研制的鎂合金零部件多達(dá)100多種，汽車用鎂量已在6～26公斤，平均為12公斤。鎂合金應(yīng)用于交通工具，除了減重和降低油耗，還可以提高整車加速、制動(dòng)性能，還能降低行駛振動(dòng)和噪音，提高舒適度，可以加快散熱，使發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能提高一個(gè)檔次；具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。 　　根據(jù)有關(guān)研究，汽車自重減輕10%，其燃油效率即可提高15%。燃油效率提高，汽車自重每減輕100公斤，每百公里油耗可減少0.7升左右，每節(jié)省1升燃料可減少二氧化碳排放2.5克。這都意味著汽車的耗油量和排污量降低；而且還通過鎂合金零部件的使用可有效地實(shí)現(xiàn)汽車輕量化目標(biāo)。減輕汽車自重，是提高汽車的節(jié)能性和環(huán)保性最有效的辦法。要想減輕汽車自重，就必須采用輕質(zhì)材料。鎂合金是當(dāng)前最理想最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，因而成為汽車減輕自重以提高其節(jié)能性和環(huán)保性的首選材料。另外，鎂合金還具有比強(qiáng)度和比剛度均高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、阻尼減震性和電磁屏蔽性都很強(qiáng)、易于加工成型、廢料易回收等特點(diǎn)。因?yàn)殒V合金有上述優(yōu)點(diǎn)，所以鎂合金的應(yīng)用適應(yīng)了全世界對(duì)汽車安全、節(jié)能和環(huán)保要求越來越高的趨勢(shì)，受到了各國(guó)政府和發(fā)達(dá)國(guó)家汽車制造企業(yè)的高度重視。 　　3.世界各大汽車公司重視開發(fā)鎂合金零部件 　　歐洲正在使用和研制的鎂合金汽車零部件有60多種，單車用鎂合金9.3公斤至20.3公斤。北美正在使用和研制的鎂合金汽車零部件有100多種，是世界上汽車用鎂合金量最大的地區(qū)，單車用鎂合金5.8公斤至26.3公斤。鎂合金變速桿幾乎被日本所有生產(chǎn)自動(dòng)變速汽車的企業(yè)采用。日本大多數(shù)生產(chǎn)手動(dòng)變速汽車的企業(yè)也在想盡辦法應(yīng)用鎂合金變速桿。日本采用鎂合金座椅架的車種在不斷增加。另外，鎂合金變速箱體、儀表盤、車門內(nèi)框、車扶手也將在日本生產(chǎn)的汽車上得到廣泛應(yīng)用。權(quán)威機(jī)構(gòu)公布的最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：歐美的汽車用鎂合金壓鑄件正在以年均25%的速度增加；雖然當(dāng)前全世界所有汽車的鎂合金平均用量只有2.3公斤，但是汽車用鎂合金量正在以年均20%的速度上升。世界各大汽車公司都已經(jīng)把采用鎂合金零部件的多少作為衡量其汽車產(chǎn)品技術(shù)是否領(lǐng)先的標(biāo)志。福特汽車公司計(jì)劃在今后20年內(nèi)將每輛汽車的鎂合金用量提高到113公斤。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國(guó)家的賽車及部分民用高檔車正在使用鎂合金輪轂，奔馳、寶馬、豐田、本田、三菱等汽車公司不久將大幅度提高鎂合金鍛造輪轂的用量。越來越多地采用鎂合金零部件，是世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 　　4.日本開發(fā)出阻燃性鎂合金汽車材料使車重減輕25% 　　據(jù)報(bào)載，日本獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(以下簡(jiǎn)稱產(chǎn)綜研)基礎(chǔ)材料研究部門等單位，日前成功加工出了阻燃性鎂合金材料的汽車頂箱(長(zhǎng)2000×寬670×高270mm，重約12.5kg)。此次開發(fā)成功了利用不破壞母材良好特性的攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding，F(xiàn)SW)和激光焊工藝，將產(chǎn)綜研開發(fā)的阻燃性鎂合金擠壓材料焊接成大型部件的技術(shù)。與市售FRP(強(qiáng)化塑料)產(chǎn)品相比，重量大約可減輕25%。今后準(zhǔn)備通過進(jìn)一步發(fā)展該技術(shù)，利用具有良好特性的鎂合金擠壓材料和延壓材料等，從事三維形狀更為復(fù)雜的產(chǎn)品開發(fā)。 　　產(chǎn)綜研一直都在進(jìn)行與鎂合金有關(guān)的技術(shù)開發(fā)，比如，消除了鎂合金重大缺點(diǎn)之一，即降低了著火燃燒危險(xiǎn)性的新合金“阻燃性鎂合金”的開發(fā)、鎂合金表面改質(zhì)技術(shù)的開發(fā)以及采用FSW的鎂合金焊接等。阻燃性鎂合金是由產(chǎn)綜研基礎(chǔ)材料研究部門(九州中心)開發(fā)的。這種鎂合金將引燃溫度比普通情況下提高了200～300℃，通過增強(qiáng)其著火燃料性，提高了安全性。此次在加工添加了鈣。另一方面，在鎂合金部件加工方面目前大多采用壓鑄等鑄造法，未曾有過使用擠壓材料和壓延材料等通用材料進(jìn)行制作的先例。尤其是大尺寸產(chǎn)品方面，由于大尺寸、特性良好的擠壓材料和壓延材料制造技術(shù)本身尚未完成，再加上鎂合金延展性差，很難利用塑性加工直接將其做成大尺寸的復(fù)雜形狀，所以根本沒有加工先例。于是此次就確立了這樣一種技術(shù)：首先用阻燃性鎂合金加工出具有良好特性的擠壓材料和壓延材料，將其成型為單純形狀的部件后，通過焊接將其加工成大尺寸部件。但是，一般情況下由于鎂合金的化學(xué)活性非常高，過去的熔焊法存在易于產(chǎn)生缺陷等諸多問題，熔焊部件的實(shí)用先例也非常少。于是本研究部門就通過在部件組裝中采用新焊接法即FSW和激光焊接，確立了高可靠性的鎂合金焊接技術(shù)。FSW是英國(guó)TWI(焊接研究所)開發(fā)的焊接技術(shù)，其特點(diǎn)是：由于不熔化母材，所以可在不破壞母材特性的情況下焊接。但是，過去大多應(yīng)用于鋁合金焊接中，幾乎沒有在鎂合金上采用過。 　　此項(xiàng)研究的目的在于，在產(chǎn)綜研實(shí)施的“日本平成15年度地區(qū)中小企業(yè)扶持研究開發(fā)制度”的指導(dǎo)下，由產(chǎn)綜研基礎(chǔ)材料研究部門、日本兵縣工業(yè)技術(shù)中心和櫻井工業(yè)等3家單位，用阻燃性鎂合金加工大尺寸產(chǎn)品。3家單位的各自分工如下：用FSW焊接的阻燃性鎂合金部件的結(jié)構(gòu)分析及特性檢測(cè)的有關(guān)研究和實(shí)用化方面的測(cè)試工作由產(chǎn)綜研基礎(chǔ)材料研究部門負(fù)責(zé)，充分利用在包括阻燃性鎂合金在內(nèi)的各種鎂合金FSW方面的研究成果，對(duì)柵井工業(yè)在焊接條件設(shè)置等技術(shù)方面進(jìn)行指導(dǎo)，由兵庫(kù)縣工業(yè)技術(shù)中心負(fù)責(zé)，而產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及利用FSW和激光焊接進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品組裝則由柵井工業(yè)負(fù)責(zé)。 　　4.中國(guó)不僅有著鎂資源最豐富的國(guó)家，而且市場(chǎng)前景廣闊 　　隨著人們對(duì)能源和環(huán)境的日益關(guān)注，鎂及鎂合金的應(yīng)用正在受到前所未有的關(guān)注。鎂是地球表面取之不盡、用之不竭的金屬元素。鎂是我國(guó)少有的幾種優(yōu)勢(shì)金屬資源之一，我國(guó)目前在鎂工業(yè)方面擁有三項(xiàng)“世界冠軍”。第一是鎂資源大國(guó)，儲(chǔ)量居世界首位。在青海鹽湖蘊(yùn)藏著氯化鎂32億噸，硫酸鎂16億噸。在遼寧、山西、寧夏、內(nèi)蒙古、河南等省、自治區(qū)菱鎂礦均有很大儲(chǔ)量，僅遼寧大石橋一帶的儲(chǔ)量就占世界菱鎂礦的60%以上，礦石品位高達(dá)40%。第二是原鎂生產(chǎn)大國(guó)，2003年我國(guó)共生產(chǎn)原鎂35.4萬噸，約占全球總產(chǎn)量的67%。第三是出口大國(guó)，年產(chǎn)量80%以上的鎂出口到國(guó)際市場(chǎng)。盡管如此，我國(guó)的鎂工業(yè)還存在著不少問題，主要表現(xiàn)在：原鎂生產(chǎn)技術(shù)比較落后，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，鎂錠中的夾雜物和有害元素含量大大超標(biāo)，難以滿足壓鑄、板材軋制和沖壓等高端產(chǎn)品的生產(chǎn)需求；出口產(chǎn)品絕大多數(shù)是廉價(jià)的純鎂錠，鎂合金出口比重只有15%左右，鎂合金制品出口則更是微乎其微，因此出口利潤(rùn)低，而對(duì)于軍工生產(chǎn)所需要的高性能鎂合金板材和型材還需要從俄羅斯進(jìn)口；原創(chuàng)性的研究成果缺乏，目前出口的所有鎂合金錠幾乎全部按照國(guó)外的牌號(hào)生產(chǎn)，而且在鎂合金產(chǎn)品加工中的關(guān)鍵技術(shù)和裝備大部分依靠進(jìn)口。 　　中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，對(duì)原材料的消耗量越來越大。中國(guó)正在大力推行以人為本的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要求汽車產(chǎn)業(yè)使用可持續(xù)應(yīng)用的材料。中國(guó)是全世界鎂資源最豐富的國(guó)家。應(yīng)用鎂及鎂合金，無疑是中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。汽車上有60多種零部件可以采用鎂合金。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，中國(guó)載貨車和轎車對(duì)鎂合金的需求量：2005年可達(dá)4.785萬噸，2010年可達(dá)6.13萬噸，2015年可達(dá)6.9萬噸，2020年可達(dá)7.56萬噸。中國(guó)是鎂資源最大國(guó)、原鎂生產(chǎn)大國(guó)、原鎂出口大國(guó)。僅僅從事原鎂生產(chǎn)和原鎂出口，是賺不了多少錢的。國(guó)外一些公司對(duì)從中國(guó)采購(gòu)的原鎂進(jìn)行深加工，生產(chǎn)出附加值很高的鎂合金汽車零部件，直接銷售或裝車銷售到中國(guó)，獲得了十分豐厚的利潤(rùn)。 　　5.我國(guó)鎂合金生產(chǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀 　　近些年來國(guó)家科技部組織實(shí)施的“十五”攻關(guān)計(jì)劃重大專項(xiàng)“鎂合金應(yīng)用開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”、“十五”863計(jì)劃相關(guān)項(xiàng)目、重點(diǎn)國(guó)際合作計(jì)劃、科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金，國(guó)家自然科學(xué)基金委立項(xiàng)的國(guó)家自然科學(xué)基金，國(guó)防科工委的民口軍工配套項(xiàng)目，經(jīng)貿(mào)委的技改項(xiàng)目，國(guó)家發(fā)改委的高技術(shù)示范工程等。“十五”科技攻關(guān)重大專項(xiàng)“鎂合金應(yīng)用開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”的目標(biāo)是，建立鎂合金技術(shù)創(chuàng)新體系；加快我國(guó)鎂資源的應(yīng)用開發(fā)；培育相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群；將我國(guó)的鎂資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。技術(shù)目標(biāo)是推動(dòng)鎂材料的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化；發(fā)展水氯鎂石脫水技術(shù)，開發(fā)鹽湖鎂資源；提高煉鎂的水平，降低污染；獲得鎂生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)裝備生產(chǎn)能力；推動(dòng)鎂在汽車、摩托車和3C產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用；研究中國(guó)鎂長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略。通過對(duì)鎂合金關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化的重大攻關(guān)，初步形成了從高品質(zhì)鎂材料生產(chǎn)到鎂合金產(chǎn)品制造的完整產(chǎn)業(yè)鏈，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)由鎂資源大國(guó)向鎂資源強(qiáng)國(guó)的跨越奠定了基礎(chǔ)?！? 　　鎂合金的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被我國(guó)許多企業(yè)所認(rèn)識(shí)，在汽車、摩托車和3C產(chǎn)業(yè)中鎂合金已經(jīng)開始獲得應(yīng)用，用戶包括如上汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海爾等。例如，一汽鑄造有限公司AM50鎂合金方向盤骨架；鎂合金壓鑄迅速增長(zhǎng)，臺(tái)灣、香港和大陸投資的鎂壓鑄廠幾乎分布在全國(guó)各地，各種壓鑄機(jī)數(shù)量超過50臺(tái)；變形鎂合金加工開始起步。 　　我國(guó)鎂工業(yè)起步雖然較晚，但發(fā)展非常快。20世紀(jì)90年代開始，我國(guó)鎂工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。我國(guó)是鎂資源的大國(guó)，是全球鎂的生產(chǎn)大國(guó)和出口大國(guó)，但遠(yuǎn)不是鎂工業(yè)強(qiáng)國(guó)。在鎂冶煉加工行業(yè)，要建設(shè)和健全經(jīng)濟(jì)環(huán)保型的鎂加工鏈，應(yīng)該注意推廣節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，設(shè)計(jì)節(jié)能型的工藝組合，尋找節(jié)能環(huán)保型的替代材料；開發(fā)和采用有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的新型冶煉加工技術(shù)；促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研、用優(yōu)勢(shì)群體的互聯(lián)，促進(jìn)相關(guān)企業(yè)的組合，提高能源使用的綜合效益，擺脫大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)和大量廢棄的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。提升我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)質(zhì)量、技術(shù)、成本的競(jìng)爭(zhēng)力，創(chuàng)建經(jīng)濟(jì)環(huán)保型的鎂加工鏈。 　　6.鎂研究與應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì) 　　據(jù)報(bào)載，通用汽車公司、大眾公司、馬自達(dá)公司、日產(chǎn)公司、三菱公司鎂業(yè)等；美國(guó)三大汽車公司聯(lián)合對(duì)新開發(fā)的耐熱鎂合金進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和技術(shù)評(píng)估。大眾汽車公司對(duì)新開發(fā)的耐熱鎂合金進(jìn)行工業(yè)化中試生產(chǎn)和應(yīng)用，效果良好。國(guó)內(nèi)采用低成本鎂、稀土中間合金開發(fā)新型耐熱鎂合金取得進(jìn)展。變形鎂合金及其加工技術(shù)正在成為鎂合金研究和應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)。包括鎂合金等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)。鎂合金超塑性研究，重要研究方向是，高應(yīng)變速率超塑性，對(duì)于節(jié)約能源、提高生產(chǎn)率、擴(kuò)大應(yīng)用都有很重要的意義；大晶粒工業(yè)態(tài)鎂合金超塑性，研究晶粒較大的工業(yè)態(tài)鎂合金在一定條件下的超塑性，因其不需要預(yù)加工可節(jié)約能源，故將有更大的應(yīng)用前景；鎂合金低溫超塑性，研究鎂合金在較低的溫度下進(jìn)行超塑性變形的研究。 　　鎂合金材料的研究和應(yīng)用前景是非常廣闊的，相對(duì)于其它金屬材料(如鋁、鋼等)的研究發(fā)展水平，我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的差距較小，可以說幾乎處在同一起跑線上，如果集中全國(guó)的優(yōu)勢(shì)力量針對(duì)關(guān)鍵科學(xué)問題展開研究，就有可能取得重大突破，達(dá)到甚至趕超世界先進(jìn)水平。我國(guó)近年在鎂合金技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，作為世界第一“鎂”大國(guó)要造好鎂、用好鎂，造福于中國(guó)和世界，并在鎂的研究領(lǐng)域成為世界領(lǐng)頭羊，推動(dòng)鎂合金走可持續(xù)發(fā)展之路，同時(shí)還要開展好鎂合金的重大基礎(chǔ)研。