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新能源汽車行業(yè)升級 鎂合金潛力巨大

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-12-21
核心提示: 為了提高汽車的燃油效率和降低其廢氣排放,減輕汽車的重量至關重要。為了達到這一目的,用鎂合金來制造合適的汽車零部件似乎是一種顯而易見的明智之舉。作為一種最輕的結(jié)構(gòu)金屬,鎂比鋼輕75%,比鋁輕33%左右。
     美國汽車研究理事會的一個社團組織“美國汽車材料合作伙伴”在其研究報告“2020年鎂的應用前景展望:北美汽車業(yè)對鎂的戰(zhàn)略構(gòu)想”中指出,與鋁相比,鎂具有更高的比強度、延展性和抗沖擊性;與鋼相比,鎂可以提供更好的緩沖阻尼和耐沖擊性;與塑料相比,鎂具有更高的強度和剛度,以及更好的熱穩(wěn)定性和導熱性。

此外,該報告指出,為了提高燃油經(jīng)濟性和減少廢氣排放,鎂的材料特性還可以提供許多好處,其中包括:

(1)通過使汽車重心后移,減輕前部重量,可以提高汽車的加速/減速、操控/轉(zhuǎn)向響應性能。

(2)由于鎂合金可以鑄造出完整的大尺寸部件,而不必像鋼件那樣需由眾多單個零件組合而成(這些零件容易相互摩擦,并引起振動),從而可將汽車噪聲減至最小。

(3)由于鎂鑄件可能比同樣的鋼制零件更廉價(尤其當年產(chǎn)量小于20萬件時),因此可以降低制造成本。鎂鑄件的加工成本要低于由多部分構(gòu)成的鋼制沖壓件,因為加工沖壓件的每個部分都需要相應的模具。例如,加工一件由30個部分構(gòu)成的鋼制儀表盤橫梁需要30套工裝,而鑄鎂件橫梁只需要6套工裝。

然而,在美國汽車制造商生產(chǎn)的汽車中,鎂合金零部件的重量平均只有大約12磅,僅占一輛汽車全部材料的0.3%左右。實際上,鎂在汽車上的應用并不很普遍,因為它的成本比一些競爭性材料更高。由于企業(yè)的競爭本質(zhì),它們會更多地使用價格比較低廉的材料。鎂合金零部件使用率的下降,部分也是因為北美市場的模鑄企業(yè)因關閉和合并而不斷減少,幾年前發(fā)生的金融危機和汽車行業(yè)遭遇的困境產(chǎn)生了很大的影響。

咨詢企業(yè)DuckerWorldwide公司發(fā)表的一份預測平均每輛輕型車所用材料凈重量變化的報告時估計,鎂合金零部件將從2008年的每車8磅左右增加到2025年的22磅。這種用量的增加將全部集中在傳動零部件上(主要是進氣歧管)。鎂合金傳動件和傳動箱可能最終將會取代鋁合金傳動件和傳動箱,但不會用于制造結(jié)構(gòu)件。

2025年,汽車材料的這種變化,加上制造足跡減少2%,將使汽車的平均慣性重量和平均整備質(zhì)量(凈重)2008年分別減輕10%10.6%。該公司估計,到2025年,鎂的用量將增加到每車22磅。如果綜合考慮混合動力電動汽車44%的普及率,以及對發(fā)動機尺寸的適當調(diào)整,到2025年,在不降低安全性能、使用性能、功能性或舒適性的前提下,汽車的燃油經(jīng)濟性將能達到51英里/加侖。

在美國汽車上,目前主要有以下鎂合金零部件:

(1)底盤(如剎車支架和支架總成、剎車踏板支架、安全氣囊機架、離合器踏板支架和總成;

(2)內(nèi)部設施(如座椅基座、IP支撐柱和支架、方向盤骨架、轉(zhuǎn)向柱支架和輪轂);

(3)外部設施(如天窗蓋總成、外后視鏡骨架和頂棚框架);

(4)動力傳動系統(tǒng)(如交流發(fā)電機支架、閥蓋、凸輪蓋和變速箱)。

歐洲汽車往往使用更多的鎂合金零部件,增加的應用包括幾個車輪、底盤前端框架、坐墊和靠背,以及動力傳動系統(tǒng)的齒輪箱(手動和自動),甚至還包括汽缸體(可以大大降低發(fā)動機重量)。由于歐洲山路較多,因此歐洲人對汽車的操縱性能更感興趣。”

在美國,鎂的價格比在歐洲更昂貴,因為美國控制原材料進口的國際貿(mào)易委員會對從中國進口的鎂征收反補貼關稅,而絕大部分鎂都產(chǎn)自中國。全世界的鎂大約有85%都是在中國生產(chǎn)的。征收關稅有效地將產(chǎn)自中國的鎂擋在美國市場門外。而在北美,只有美國鎂業(yè)公司一家生產(chǎn)商。美國鎂業(yè)公司位于鹽湖城。由于鎂主要來自天然氯化鎂,因此,那些擁有高濃度鹽水資源的地方(如大鹽湖和死海)是生產(chǎn)鎂的理想地點。

如果一輛采用直列六缸發(fā)動機的汽車用鎂代替鋁、鋼、鐵、鋅或塑料來制造所有合適的零部件,則鎂的總用量將達到380磅左右,而該車重量可以減輕300磅。汽車制造商通過改進動力總成、變速箱和停止/啟動技術(shù),可以實現(xiàn)提高燃效標準目標的75%,其余25%則需要通過汽車輕量化來實現(xiàn),而鎂將在汽車輕量化中發(fā)揮作用。

這種作用到底有多大,仍然是一個存在爭議的問題。在一項由能源基金會(由一些對可持續(xù)能源解決方案感興趣的重要基金會聯(lián)合組成)資助的研究中,路特斯工程(美國)公司(Lotus Engineering USA)試圖確定對一種選定的基準型汽車——2009款豐田Venza(代表CUV多用途車)進行減重的可能性。據(jù)該公司報告,它已研發(fā)出兩種該車的基本架構(gòu):采用2014年計劃啟用的適用技術(shù)和2017年投產(chǎn)的“低發(fā)展水平”汽車可通過動力總成輕量化實現(xiàn)減重21%(611),其鎂合金材料使用量可達2%;采用2017年計劃啟用的技術(shù)和2020年投產(chǎn)的“高發(fā)展水平”汽車可實現(xiàn)減重38%(1,093),其鎂合金使用量達到16%。

Lotus公司分別從技術(shù)和商業(yè)的角度開展了此項研究,技術(shù)方面主要針對汽車的結(jié)構(gòu)完整性和防撞性等,而商業(yè)方面則重點關注加工、零部件和裝配成本。Lotus公司從最高的層面(即系統(tǒng)層面)來研究汽車的基本架構(gòu),材料的選擇是基于其實現(xiàn)技術(shù)和商業(yè)目標的能力,圍繞汽車結(jié)構(gòu)來配置的。為了在合適的部位采用合適的材料,對汽車結(jié)構(gòu)和架構(gòu)策略進行了優(yōu)化。

Lotus公司已將鎂合金應用于所有的汽車開閉件,在市售的汽車(如林肯MKT)上也能發(fā)現(xiàn)其身影。據(jù)子午線輕量化技術(shù)公司(Meridian Lightweight Technologies)估計,用鎂合金鑄件(與林肯MKT掀背式車門所用鑄件類似)和鋁合金外面板組成的開閉件比Venza CUV用鋼沖壓件制成的相同部件重量減輕了大約40%

 

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