镁合金在汽车上的应用简介

节能、环保、安全是当今世界汽车工业关注的主要话题,汽车轻量化技术是实现这一目标的重要途径。研究表明,车重每减轻10%,油耗可降低6%～8%。汽车轻量化的实现主要有二种途径：一是优化汽车结构设计;二是使用轻量化材料。前者经过不断研究开发,日趋完善,空间已相对狭窄。后者随着科学技术的发展和新材料的不断涌现,为汽车轻量化开辟了广阔的空间。轻量化材料是指可用来减轻汽车自重的材料,可分为两大类：一类是高强度材料

镁合金在汽车上的应用简介

（天津一汽产品开发中心 王小亮）

节能、环保、安全是当今世界汽车工业关注的主要话题，汽车轻量化技术是实现这一目标的重要途径。研究表明，车重每减轻10%，油耗可降低6%～8%[1]。车身质量占整车质量的40%，所以车身的轻量化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用。汽车轻量化的实现主要有二种途径：一是优化汽车结构设计；二是使用轻量化材料。前者经过不断研究开发，日趋完善，空间已相对狭窄。后者随着科学技术的发展和新材料的不断涌现，为汽车轻量化开辟了广阔的空间。轻量化材料是指可用来减轻汽车自重的材料，可分为两大类：一类是高强度材料，如高强度钢板；另一类是低密度的轻质材料，如铝合金、镁合金、塑料和复合材料等。轻量化材料对汽车工业的可持续性发展具有重要意义，它不仅关系到车辆的节能、减排、安全、成本等诸多方面，而且汽车轻量化材料的应用对世界能源、自然资源和环境保护具有深刻的影响，它已成为汽车材料技术发展的主导方向。

一、镁合金的特点

金属镁及其合金是工程应用中最轻的金属结构材料，纯镁的密度仅为

1.738g·cm-3，而常规镁合金如AZ91密度也只是1.81g·cm-3，约为铝的2/3，钢的1/4，接近工程塑料的密度[2]，因此将镁合金应用在汽车领域中可极大地减轻结构件的质量。

镁在元素周期表中属ⅡA族碱土金属，元素符号Mg，英文名称Magnesium，原子序数12，原子量24.31，常见化合价+2，其电子壳层结构为1s22s22p63s2，熔点648.8℃，沸点1090℃，原子半径0.172nm，离子半0.072(+2)nm。镁晶体为密排六方结构，配位数为12，25℃时晶格常数为a=0.3202nm，c=0.5199nm，晶胞的轴比c/a=1.6237，原子间d1=0.31906、d2=0.32030。

高纯镁具有良好物理性能以及耐腐蚀性能，但是由于其力学性能差，生产纯镁的生产成本高，在工业生产和结构使用中纯镁受限，所以在纯镁中加入铝、锌、锂、锆和稀土等元素形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料广泛应用。

二、镁合金在汽车板的应用优势

节能、环保、安全是当今世界汽车工业关注的主要话题,汽车轻量化技术是实现这一目标的重要途径。研究表明,车重每减轻10%,油耗可降低6%～8%。汽车轻量化的实现主要有二种途径：一是优化汽车结构设计;二是使用轻量化材料。前者经过不断研究开发,日趋完善,空间已相对狭窄。后者随着科学技术的发展和新材料的不断涌现,为汽车轻量化开辟了广阔的空间。轻量化材料是指可用来减轻汽车自重的材料,可分为两大类：一类是高强度材料

与其它金属相比镁合金具有很多性能特点[3]：

①密度小，例如AZ91镁合金的密度是1.81g·cm-3，约为铝的2/3，铁的1/4，接近工程塑料的密度。

②抗拉强度、屈服强度、伸长率与铝合金铸件相当。几种常用的镁合金性能见下表。

③具有良好的耐腐蚀性能、电磁屏蔽性能、防辐射性能，可进行高精度机械加工，且热传导性好，用在压铸汽车轮毂上，可有效散发制动摩擦热量，提高制动稳定性口；

④具有良好的压铸成形性能和尺寸稳定性，压铸件壁厚最小可达0．15 mm，适合制造各类汽车压铸件；

⑤具有良好的阻尼系数，消震性能优于铝合金和铸铁，用于壳体可以降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少动，提高汽车的安全性和舒适性；

⑥易于回收再生。回收的镁合金可直接熔化再进行浇铸，且不降低其力学性能。

表1 常用镁合金的性能

更为重要的是，镁是自然界中分布最广的元素之一，约占地壳质量的2.35%，列第八位，仅次于O、 Si、Al、Fe、Ca、 Na、K，由于镁本征化学性质活泼，在自然界中主要以化合物的形式存在，在陆地上的含量为1.930%，海水中的含量为0.42%，达2.1×1015t。我国是世界上镁矿资源最富有的国家。主要含镁资源包括菱镁矿：资源总量31.45亿t，居世界首位；白云石：资源总量约40亿t；盐湖卤水：柴达木盆地镁盐保有储量48.15亿t[4]。丰富的镁矿资源为我国镁产业的可持续发展提供了最可靠的资源保障。相反，铁矿及铝矿资源则相对贫乏一些。已探明世界储量的铁矿石与铝土矿的可采储量保障年限只有约70年和50年。我国的铁、铝资源

节能、环保、安全是当今世界汽车工业关注的主要话题,汽车轻量化技术是实现这一目标的重要途径。研究表明,车重每减轻10%,油耗可降低6%～8%。汽车轻量化的实现主要有二种途径：一是优化汽车结构设计;二是使用轻量化材料。前者经过不断研究开发,日趋完善,空间已相对狭窄。后者随着科学技术的发展和新材料的不断涌现,为汽车轻量化开辟了广阔的空间。轻量化材料是指可用来减轻汽车自重的材料,可分为两大类：一类是高强度材料

更加贫乏，储量仅占世界比例18.7%和2.3%，可采储量保障年限分别在30年左右和10年以下。

从污染角度讲，钢铁的质量密度大，消费量大，其制品在使用过程中易造成高能耗和污染排放；铝虽为轻质材料，但仅铝电解一个工艺环节的电耗就占到整个有色工业的90％，并也间接导致高污染排放。而被冠以“21世纪绿色结构材料” [5]美誉的金属镁在这些方面则相对好一些。

据中国有色金属工业协会数据统计,2008年1-8月份全国共产原镁44.89万吨,同比增长16.8%。需要说明的是，由于受到国际各种金属材料的影响，刚才价格的上升，使镁合金成本方面的劣势进一步减小，镁合金的综合优势进一步明显。因此，对于盛产镁合金资源的中国来说，中高档轿车采用镁合金制作汽车零件也就更加彰显优势了。

三、镁合金在汽车上的使用部位

自1970年中东石油危机以来, 为减轻汽车质量以降低油耗和污染, 提高安全性能, 镁合金材料在汽车工业中的应用与日俱增。目前, 汽车工业中镁合金用量较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国。综合部分厂家的使用情况，目前镁合金材料主要用来制造以下汽车零部件[6]：

(1) 车内构件: 仪表盘、座椅架、坐位升降器、操纵台架、气囊外罩、转向盘、锁合装置罩、转向柱、转向柱支架、收音机壳、小工具箱门、车窗马达罩、刹车与离合器踏板托架、气动托架踏板等。

(2) 车体构件: 门框、尾板、车顶框、车顶板、IP横梁等。

(3) 发动机及传动系统: 阀盖、凸轮盖、四轮驱动变速箱体、手动换挡变速器、离合器外壳活塞、进气管、机油盘、交流电机支架、变速器壳体、齿轮箱壳体、油过滤器接头、马达罩盖、气缸头盖、分配盘支架、油泵壳、油箱、滤油器支架、左侧半曲轴箱、右侧半曲轴箱、空机罩、左抽气管、右抽气管等。

(4) 底盘: 轮毂、引擎托架、前后吊杆、尾盘支架。

四、镁合金应用存在的问题

目前，汽车上使用镁合金件的量越来越大，但镁合金应用还存在一些问题。一是废镁回收方法少，回收成本高。二是腐蚀问题。镁是活泼金属，很容易氧化和腐

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