1.鎂合金在汽車上的應用 　　鎂(Mg)是一種輕質的銀白色金屬，在空氣中加熱能夠燃燒并能發(fā)出強烈的火焰，節(jié)日放的煙花就含有鎂粉，在夜幕中會爆發(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，它就會改變了自己的特征，變成了一種具有較高強度和剛度，具有良好鑄造性能和減振性能的輕質合金材料，這些鎂合金材料在現(xiàn)代汽車中已得到廣泛的應用。 　　從歷史上看，早在20世紀30年代就有大眾汽車使用鎂合金，由于鎂的價格上升才停止了使用。80年代初，由于采用新工藝，嚴格限制了鐵、銅、鎳等雜質元素的含量，使鎂合金的耐蝕性得到了解決，同時成本下降又大大促進了鎂合金在汽車上的應用。從90年代開始，歐美、日本、韓國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、轉向盤和轉向柱、輪圈、發(fā)動機氣缸蓋、變速器殼、離合器殼等等零件，其中轉向盤和轉向柱、輪圈是應用鎂合金較多的零件。鎂及鎂合金作為一種新型的應用材料，近年來已廣泛應用于軍用、民用領域的許多方面。在汽車行業(yè)，上海汽車集團公司、一汽集團、東風汽車集團、江鈴汽車公司等國內大的汽車公司均開始使用鎂制零部件。隨著技術的發(fā)展，將有更多的零件用鎂合金制造。 　　2.鎂合金的應用有利于汽車安全、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，提高汽車的安全性和舒適性。鎂合金雖然有這些優(yōu)點，但從成本上看它仍然偏高于鋁合金。盡管如此，鎂合金的應用前景仍然看好：福特汽車公司已開始用鎂合金來制造懸架零件、制動盤和制動鉗等；而日本1990年每輛汽車用鎂量僅5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，歐洲和美國正在使用和研制的鎂合金零部件多達100多種，汽車用鎂量已在6～26公斤，平均為12公斤。鎂合金應用于交通工具，除了減重和降低油耗，還可以提高整車加速、制動性能，還能降低行駛振動和噪音，提高舒適度，可以加快散熱，使發(fā)動機的綜合性能提高一個檔次；具有良好的經濟效益。 　　根據有關研究，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現(xiàn)汽車輕量化目標。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，就必須采用輕質材料。鎂合金是當前最理想最輕的金屬結構材料，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，鎂合金還具有比強度和比剛度均高、導熱導電性能好、阻尼減震性和電磁屏蔽性都很強、易于加工成型、廢料易回收等特點。因為鎂合金有上述優(yōu)點，所以鎂合金的應用適應了全世界對汽車安全、節(jié)能和環(huán)保要求越來越高的趨勢，受到了各國政府和發(fā)達國家汽車制造企業(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自動變速汽車的企業(yè)采用。日本大多數(shù)生產手動變速汽車的企業(yè)也在想盡辦法應用鎂合金變速桿。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、車門內框、車扶手也將在日本生產的汽車上得到廣泛應用。權威機構公布的最新統(tǒng)計結果顯示：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把采用鎂合金零部件的多少作為衡量其汽車產品技術是否領先的標志。福特汽車公司計劃在今后20年內將每輛汽車的鎂合金用量提高到113公斤。當前，發(fā)達國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，是世界汽車產業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 　　4.日本開發(fā)出阻燃性鎂合金汽車材料使車重減輕25% 　　據報載，日本獨立行政法人產業(yè)技術綜合研究所(以下簡稱產綜研)基礎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。與市售FRP(強化塑料)產品相比，重量大約可減輕25%。今后準備通過進一步發(fā)展該技術，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雜的產品開發(fā)。 　　產綜研一直都在進行與鎂合金有關的技術開發(fā)，比如，消除了鎂合金重大缺點之一，即降低了著火燃燒危險性的新合金“阻燃性鎂合金”的開發(fā)、鎂合金表面改質技術的開發(fā)以及采用FSW的鎂合金焊接等。阻燃性鎂合金是由產綜研基礎材料研究部門(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行制作的先例。尤其是大尺寸產品方面，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：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活性非常高，過去的熔焊法存在易于產生缺陷等諸多問題，熔焊部件的實用先例也非常少。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。FSW是英國TWI(焊接研究所)開發(fā)的焊接技術，其特點是：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，過去大多應用于鋁合金焊接中，幾乎沒有在鎂合金上采用過。 　　此項研究的目的在于，在產綜研實施的“日本平成15年度地區(qū)中小企業(yè)扶持研究開發(fā)制度”的指導下，由產綜研基礎材料研究部門、日本兵縣工業(yè)技術中心和櫻井工業(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構分析及特性檢測的有關研究和實用化方面的測試工作由產綜研基礎材料研究部門負責，充分利用在包括阻燃性鎂合金在內的各種鎂合金FSW方面的研究成果，對柵井工業(yè)在焊接條件設置等技術方面進行指導，由兵庫縣工業(yè)技術中心負責，而產品設計以及利用FSW和激光焊接進行實際產品組裝則由柵井工業(yè)負責。 　　4.中國不僅有著鎂資源最豐富的國家，而且市場前景廣闊 　　隨著人們對能源和環(huán)境的日益關注，鎂及鎂合金的應用正在受到前所未有的關注。鎂是地球表面取之不盡、用之不竭的金屬元素。鎂是我國少有的幾種優(yōu)勢金屬資源之一，我國目前在鎂工業(yè)方面擁有三項“世界冠軍”。第一是鎂資源大國，儲量居世界首位。在青海鹽湖蘊藏著氯化鎂32億噸，硫酸鎂16億噸。在遼寧、山西、寧夏、內蒙古、河南等省、自治區(qū)菱鎂礦均有很大儲量，僅遼寧大石橋一帶的儲量就占世界菱鎂礦的60%以上，礦石品位高達40%。第二是原鎂生產大國，2003年我國共生產原鎂35.4萬噸，約占全球總產量的67%。第三是出口大國，年產量80%以上的鎂出口到國際市場。盡管如此，我國的鎂工業(yè)還存在著不少問題，主要表現(xiàn)在：原鎂生產技術比較落后，質量不夠穩(wěn)定，鎂錠中的夾雜物和有害元素含量大大超標，難以滿足壓鑄、板材軋制和沖壓等高端產品的生產需求；出口產品絕大多數(shù)是廉價的純鎂錠，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，因此出口利潤低，而對于軍工生產所需要的高性能鎂合金板材和型材還需要從俄羅斯進口；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外的牌號生產，而且在鎂合金產品加工中的關鍵技術和裝備大部分依靠進口。 　　中國汽車產業(yè)高速發(fā)展，對原材料的消耗量越來越大。中國正在大力推行以人為本的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要求汽車產業(yè)使用可持續(xù)應用的材料。中國是全世界鎂資源最豐富的國家。應用鎂及鎂合金，無疑是中國汽車產業(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。據權威機構預測，中國載貨車和轎車對鎂合金的需求量：2005年可達4.785萬噸，2010年可達6.13萬噸，2015年可達6.9萬噸，2020年可達7.56萬噸。中國是鎂資源最大國、原鎂生產大國、原鎂出口大國。僅僅從事原鎂生產和原鎂出口，是賺不了多少錢的。國外一些公司對從中國采購的原鎂進行深加工，生產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，獲得了十分豐厚的利潤。 　　5.我國鎂合金生產和應用現(xiàn)狀 　　近些年來國家科技部組織實施的“十五”攻關計劃重大專項“鎂合金應用開發(fā)及產業(yè)化”、“十五”863計劃相關項目、重點國際合作計劃、科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金，國家自然科學基金委立項的國家自然科學基金，國防科工委的民口軍工配套項目，經貿委的技改項目，國家發(fā)改委的高技術示范工程等?！笆濉笨萍脊リP重大專項“鎂合金應用開發(fā)及產業(yè)化”的目標是，建立鎂合金技術創(chuàng)新體系；加快我國鎂資源的應用開發(fā)；培育相關高新技術產業(yè)群；將我國的鎂資源優(yōu)勢轉變?yōu)榻洕鷥?yōu)勢。技術目標是推動鎂材料的應用與產業(yè)化；發(fā)展水氯鎂石脫水技術，開發(fā)鹽湖鎂資源；提高煉鎂的水平，降低污染；獲得鎂生產關鍵技術裝備生產能力；推動鎂在汽車、摩托車和3C產業(yè)中的應用；研究中國鎂長期發(fā)展戰(zhàn)略。通過對鎂合金關鍵技術研究及產業(yè)化的重大攻關，初步形成了從高品質鎂材料生產到鎂合金產品制造的完整產業(yè)鏈，為我國實現(xiàn)由鎂資源大國向鎂資源強國的跨越奠定了基礎?！? 　　鎂合金的優(yōu)勢已經被我國許多企業(yè)所認識，在汽車、摩托車和3C產業(yè)中鎂合金已經開始獲得應用，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，臺灣、香港和大陸投資的鎂壓鑄廠幾乎分布在全國各地，各種壓鑄機數(shù)量超過50臺；變形鎂合金加工開始起步。 　　我國鎂工業(yè)起步雖然較晚，但發(fā)展非?？?。20世紀90年代開始，我國鎂工業(yè)進入快速發(fā)展期。我國是鎂資源的大國，是全球鎂的生產大國和出口大國，但遠不是鎂工業(yè)強國。在鎂冶煉加工行業(yè)，要建設和健全經濟環(huán)保型的鎂加工鏈，應該注意推廣節(jié)能環(huán)保新技術，設計節(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)和采用有經濟優(yōu)勢的新型冶煉加工技術；促進產、學、研、用優(yōu)勢群體的互聯(lián)，促進相關企業(yè)的組合，提高能源使用的綜合效益，擺脫大量生產、大量消費和大量廢棄的經濟活動。提升我國鎂產業(yè)質量、技術、成本的競爭力，創(chuàng)建經濟環(huán)保型的鎂加工鏈。 　　6.鎂研究與應用發(fā)展趨勢 　　據報載，通用汽車公司、大眾公司、馬自達公司、日產公司、三菱公司鎂業(yè)等；美國三大汽車公司聯(lián)合對新開發(fā)的耐熱鎂合金進行經濟和技術評估。大眾汽車公司對新開發(fā)的耐熱鎂合金進行工業(yè)化中試生產和應用，效果良好。國內采用低成本鎂、稀土中間合金開發(fā)新型耐熱鎂合金取得進展。變形鎂合金及其加工技術正在成為鎂合金研究和應用領域的熱點。包括鎂合金等通道轉角擠壓技術。鎂合金超塑性研究，重要研究方向是，高應變速率超塑性，對于節(jié)約能源、提高生產率、擴大應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，因其不需要預加工可節(jié)約能源，故將有更大的應用前景；鎂合金低溫超塑性，研究鎂合金在較低的溫度下進行超塑性變形的研究。 　　鎂合金材料的研究和應用前景是非常廣闊的，相對于其它金屬材料(如鋁、鋼等)的研究發(fā)展水平，我國與世界發(fā)達國家的差距較小，可以說幾乎處在同一起跑線上，如果集中全國的優(yōu)勢力量針對關鍵科學問題展開研究，就有可能取得重大突破，達到甚至趕超世界先進水平。我國近年在鎂合金技術開發(fā)和應用領域取得了長足進步，作為世界第一“鎂”大國要造好鎂、用好鎂，造福于中國和世界，并在鎂的研究領域成為世界領頭羊，推動鎂合金走可持續(xù)發(fā)展之路，同時還要開展好鎂合金的重大基礎研。