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镁合金行业开展历程及应用剖析

来源:  发表时间:2021-09-13

1、镁合金运用的开展进程


镁合金的开展尽管未达到铝合金那么老练,但人们很早就现已认识到它是一种有潜在开展潜力、功能优异的候选有用金属资料。


20 世纪 30 时代,德国大众公司初次运用压铸镁合金出产“甲壳虫”轿车发动机传动体系零部件。之后,美国、前苏联、日本以及欧洲发达相继在轿车制作中选用镁合金压铸件。由此可见,运用压铸镁合金减少轿车分量已超过 80年历史。


20 世纪 80 时代,世界轿车制作镁合金压铸职业开端虚弱,世界轿车镁合金压铸骨干企业相继将镁合金压铸出产资源转移至巴西、墨西哥、我国等开展我,而中断了自己的镁合金压铸。该时期限制镁合金运用开展的首要要素体现在以下两个方面:


相关陈述:北京普华有策信息咨询有限公司《2021-2027年镁合金职业全景调查及前景猜测陈述》


A、镁合金压铸件暴露在空气环境中,会产生氧化形成锈蚀。此外,因为镁合金生成的氧化膜呈不连续的鳞片状,这类氧化膜生成后,将不能阻隔空气与镁合金机体的进一步触摸,所以镁合金的氧化会继续朝金属机体内部深处不断扩大。而铝合金则能形成细密的氧化膜,阻断金属机体的进一步氧化。


B、在熔炼镁合金时,需求用专门的熔剂覆盖在金属液面上以避免产生氧化反响。该熔剂在运用过程中会生成氯化氢酸雾溢入大气。尽管排出的酸雾量被操控在环保法容许的范围内,但经分散、沉降的氯化氢酸雾与混凝土建筑结构触摸后,会产生化学反响形成破坏,下降建筑结构的强度。


20 世纪 90 时代,处理上述问题的工艺性研讨成果取得打破性进展并完成产业化,极大促进镁合金在压铸职业的运用。以加拿大镁瑞丁公司为代表的一批新式的专业出产镁合金压铸轿车零部件企业重新出现在轿车制作业。此后,代镁合金压铸骨干企业也开端重新建造镁合金压铸出产线。上述工艺性研讨成果详细体现在以下两个方面:


A、下降镁合金的杂质含量(特别是铜、镍、铁的含量)。因为镁合金所含的杂质元素对其耐腐蚀性有较大影响,镁合金中的铜、镍、铁的含量越高,镁合金的耐腐蚀功能越差。现在,国内外镁合金出产厂商都有才能供给高纯度镁合金,运用高纯度镁合金能够进步压铸件的耐腐蚀性,再经过外表钝化处理,镁合金压铸件在运用过程中的氧化腐蚀问题能够得到有效处理。


B、在熔炼工艺中选用混合气体维护。在混合气体维护压铸工艺下,以往运用专用熔剂所形成的建筑物腐蚀问题也已不复存在。20 世纪 90 时代,新式的专业出产镁合金压铸轿车零部件企业选用这种混合气体维护工艺出产各类轿车镁合金压铸件。代镁合金压铸骨干企业相同选用这种工艺,重新启动现已取消的镁合金压铸出产。


尽管镁合金规模化运用在工艺技能方面的限制要素已得到处理,但因为 20世纪 90 时代镁合金高昂的价格,镁合金运用的经济性较低。


镁合金压铸件的出产本钱高于铝合金压铸件,首要原因包含:①镁合金从熔化至产品成型的过程中需求运用气体维护而铝合金不需求,熔化设备投入也略高于铝合金;②镁合金压铸件易变形,然后影响产品装配或功能,通常需求精加工或产品整形等工序进步产品精度以及确保装配和功能;③镁合金外表易腐蚀,产品后期外表防腐处理费用高于铝合金。


2、轿车职业单车用镁量有望持续增长


镁合金被认为是轿车轻量化重要的新资料之一。北美轿车研讨联盟发布的《2020 年北美轿车用镁合金及轻量化战略展望》必定了镁合金在轿车轻量化中承当的重要任务,将轻量化技能要点列为一大专题,提出近期开展超高强度钢和先进高强度钢,中期开展第三代轿车钢和铝合金技能,远期开展镁合金和碳纤维复合资料技能的总体思路,为轻量化资料的开展供给了重要的指导思想。我国轿车工程学会于 2016 年 10 月发布《节能与新能源轿车技能路线图》,提出紧抓战略机遇,以新能源轿车和智能网联轿车为首要打破口,以先进制作和轻量化等共性技能为支撑,全面推进轿车产业由大国向强国的转型。根据该规划,到 2030年,镁合金在乘用车中资料分量的比例将添加至4%。


镁合金代替运用速度的衡量标准首要参照《节能与新能源轿车技能路线图》中的“轿车轻量化技能路线图”。其轻量化总体思路如下:


资料来历:《节能与新能源轿车技能路线图》、普华有策收拾


3、铝合金在轿车轻量化范畴的运用


铝合金规模化运用于轿车工业始于 20 世纪 70 时代,彼时世界各工业发达因为“节能、低碳”的呼声逐步高涨,对轿车减轻质量提出种种严格的要求,提出“以铝代铁”的口号,促使以铝合金制作轿车零部件成为轿车轻量化战略目用新蓝海铝合金的代替运用现已进入对车辆安全性起重要效果的承载类结构件上,在底盘体系的浸透率估计将大幅进步。


轿车底盘效果在于支撑、装置轿车发动机及其各部件或组成。作为轿车三大部件之一,轿车底盘在轿车整车占比达 27%,位列轿车部件质量排名第三。根据相关研讨,铝制操控臂、副车架、转向节、制动钳轻量化产品浸透率估计将大幅进步,带动铝合金轻量化市场份额继续添加。底盘轻量化整体市场有望从 2019年的 137 亿元增长至2025 年的 398 亿元。


4、镁合金对铝合金的代替


因为镁合金代替铝合金以及钢铁部件亦存在部分瓶颈和限制要素,或许导致镁合金代替不及预期。镁合金代替铝合金以及钢铁部件存在的首要瓶颈和限制要素如下:


(1)镁合金资料的耐腐蚀性、高温蠕变性和强度有待进步


现在的商用镁合金耐蚀性较差,耐蚀镁合金资料有待开发。有效的办法是经过操控杂质及合金元素、改进相的组成及微观结构等冶金处理方法来进步镁合金的耐腐蚀性;镁合金在室温下具有良好的归纳力学功能,但随着温度的升高,功能将下降,在高温运用条件下易产生蠕变,无法满足壳体类零部件的密封要求。


未来的研讨如果能够使镁合金零部件在高温下长时间作业,将可扩大轿车高强度耐高温抗蠕变结构件的运用;镁合金比强度高,但其抗拉强度和屈从强度比铝合金和钢低,现在商用镁合金的抗拉强度一般低于 400MPa,不能用于重要结构件。能够经过合金化、热处理以及优化加工工艺等方法来进步镁合金的强度,开发高强镁合金轿车结构件。


(2)镁合金零部件加工本钱有待下降


受镁合金特性和加工工艺影响,镁合金的加工本钱也较高。如镁合金压铸模价格较高,压铸件废品率高,导致单个镁合金零部件本钱与铝合金零部件比较添加 15%以上。打破镁合金产业化核心技能,开发新的镁合金熔铸工艺,缩短工艺流程,可有效进步出产功率,下降出产本钱。


(3)镁合金资料工业运用数据库需求进一步健全


现在镁合金根底数据较少,短少体系的力学、电学腐蚀等方面的功能数据,导致在实际出产过程中缺乏根底试验数据,如在模具的设计过程中短少相关数据支撑。因而需求加强对镁合金的根底性研讨。高校、研讨机构、镁合金制作商以及整车企业等多方力量在产业政策的引导下,能够联合健全镁合金相关的工业数据库,然后促进镁合金在轿车轻量化方面的运用。


(4)塑料及复合资料等非金属资料技能的开展或打破


塑料及复合资料等非金属资料具有质量轻、加工功能良好、归纳理化功能等特色,亦为轿车轻量化可选用的优质资料。现在以高强塑料、碳纤维复合资料等为代表的非金属资料已在轿车职业完成必定的运用。但塑料和金属资料、合金资料比较,具有强度低、导热性差、热膨胀系数大和易老化等缺点,首要运用于轿车内饰和外饰零件;在我国轿车职业的运用尚属起步阶段,工艺及技能没有得到老练开展,需求经过必定的时间进行技能创新和堆集;部分高强塑料和碳纤维复合资料的本钱均处于较高水平,必定程度上限制了其在轿车轻量化方面的运用,基于以上原因非金属资料技能在轿车轻量化范畴的运用开展仍需一段时间,镁合金压铸产品相关技能现在尚不存在快速迭代的风险。但如果未来出现本钱低、功能优的新式非金属资料,或现有资料经济化大规模运用技能打破,或许阻碍镁合金在轿车轻量化方面的运用。