【轻质材料】轻量化，来个镁合金？

原标题:【轻质材料】轻量化，来个镁合金？

我国是镁资源大国，经过几十年的发展，我国已成为世界上最大的镁生产国，2009年起世界市场上80%的镁由我国供应。作为能用于汽车结构件的最轻金属，它的性能、特点及应用情况是怎样的呢，今天让我们一起来看看。

镁合金的特点

镁为密排六方结构，熔点648.9℃，（20℃时）密度为1.738g/cm3，是常用结构材料中最轻的金属。镁及其合金是加热升温与散热降温都比其他金属快的金属。钢铝镁的基本特性对比如图1所示。

图1  汽车常用金属材料特性对比

图2  镁合金的主要性能及应用领域

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镁合金原材料包括板材、棒材、型材和管材以及镁合金锭等形态。

图3  镁合金产品类型

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分类与牌号

镁合金与铝合金一样，也可以分为形变镁合金（MB）和铸造镁合金（ZM）。不过，许多镁合金既可做铸造合金，也可做形变合金。

1形变镁合金

目前，主要有3种镁的合金系，镁-铝合金、镁-锌合金以及镁-稀土合金。然而，镁合金的合金系远不及铝的丰富，对合金开发还需进一步新的尝试。

①Mg-Al系合金。该系镁合金应用最为广泛的一类合金，压铸合金主要是Mg-Al系合金。为改善合金的性能如韧性、耐高温性、耐腐蚀性，以及Mg、Al系为基础添加了一系列合金元素形成了AZ（Mg-Al-Zn）、AM（Mg-Al-Mn）、AS（Mg-Al-Si）、AE（Mg-Al-RE）系列合金。目前主要采用的镁合金种类如图4所示。

图4 主要镁合金种类

图片来自德赢科技-陈力禾

②Mg-Zn系合金。该合金具有明显的时效硬化特性，常用的有Mg-Zn-Zr合金、Mg-Zn-RE合金以及具有良好综合力学性能的新型Mg-Zn-Cu合金。

③Mg-RE系合金。稀土金属化学活性较强，具有去除有害元素（O、H、S、Fe等）及夹杂物的作用，以及改善流动性和加工性能。但是目前单稀土元素的强化效果仍不理想，而多元稀土的强化机理的研究还不够成熟。

除此之外，还有其他新型镁合金，如Mg-Li系合金价格较贵主要用于航空工业。

形变镁合金的老牌号为MB+顺序号，新牌号采用美国ASTM标准划分镁合金，合金牌号用四位数表示，前两位用英文字母，代表合金系中的主合金化元素，后两位数字则分别代表各合金元素的名义成分（质量分数）。（纯镁以Mg加数字表示牌号，数字表示Mg的百分含量）。合金中字母与所对应的元素见表1。

表1  镁合金添加元素代号

牌号示意如图5所示：

图5 形变镁合金牌号示意

2铸造镁合金

老牌号为ZM+顺序号，新牌号为Z和基体元素的符号、主要元素的化学成分以及合金元素平均含量的百分数组成。

例如：ZMgAl8Zn，Z—铸造代码，Mg—基体镁的元素符号，Al—元素符号，8—铝的百分含量，Zn—锌的元素符号。

铸造镁主要包括Mg-Al铸造合金、Mg-Al-Zn铸造合金、Mg-Zn铸造合金和Mg-Zn-Cu铸造合金等。

在汽车上的应用

镁合金在汽车上的应用历史可以追溯至上世纪80年代，目前，镁合金在汽车上应用的零部件有100多种，可分为两类：

a.壳体类，如离合器壳体、阀盖、阀板、变速器壳体、仪表板、曲轴箱、发动机前盖、气缸箱、仪表板、过滤器壳体等，这类件不仅可以减轻整车重量，而且由于镁合金的阻尼衰减能力强，可以降低汽车运行时的噪声；

b.支架类，如转向支架、转向盘、灯托架、制动器、离合器踏板托架、制动支架、座椅框架、车镜支架、分配支架和轮毂等，这类件有很好的抗冲击韧性，大大提高了汽车行驶过程中的平稳性和安全性。

图6  镁合金车门内板

图7 汽车用镁合金主要牌号

图8 镁合金在汽车上可能应用位置

图片来自网络

镁合金用于汽车零件，减重效果约为60%，详细对比结果如图9所示（具体减重重量需根据现有零件制造水平和选用的镁合金工艺做具体评估，图中内容仅供参考）。

图9 镁合金减重效果

信息来自德赢科技-陈力禾

制约因素

1价格

图10为近期镁合金原材料镁锭的价格走势。

图10  镁锭价格走势

图片来自中国镁合金产业网

图11为钢铝镁三种材料的价格对比，不难看出，由于产业化等原因，镁合金原材料价格略高于铝合金与钢材。但同时也必须看到，镁合金的价格波动，即使是一年范围内，价格的波动也挺大，这对汽车制造生产来说是不可接受的。主机厂无法预测镁合金价格的走势，若过多的采用镁合金零件，可能会给未来成本控制带来麻烦。

图11 钢铝镁原材料价格对比

另外，铝合金是镁合金得到应用最大的敌手，但是铝在期货市场上的价格避险功能较为完善，也就是说钢与铝的价格安全系数比镁合金高。另一方面，镁合金的加工成本、对加工条件的要求、表面处理等等成本，也是制约镁合金发展的成本因素。

2性能

图12为金属电位顺序表规律。镁合金位于金属元素首位。

图12 金属电位顺序表

镁是活泼金属，很容易氧化和腐蚀，其与氧反应生成的表面氧化膜是疏松多孔的结构的，并不能起到保护作用。若在汽车上大量应用，耐蚀性是最大的挑战，目前几乎没有低成本的方法来保证稳定的生产工序。

总结

近年来，在国家科技攻关计划的带动下，镁合金的开发和应用迅速发展，已经初步解决了有关镁产品设计、模具制造、成形和表面防腐蚀处理的关键技术。在汽车应用方面，镁合金产品已大量用于一汽、东风、长安及奇瑞等车企所生产的品牌车型。

目前，镁合金在汽车上的应用主要为压铸件，在零件的一体性及减震降噪方面必然有其优势。并且镁其作为最轻的金属材料，其轻量化效果有目共睹，我们一起努力，解决相关的问题，使其成为我们轻质材料的最佳利器！