汽車的輕量化，就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。
由于全社會(huì)對(duì)環(huán)保和節(jié)能的日益重視，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。
1、鎂鋁合金是汽車輕量化的主要措施
1.1 鎂鋁合金汽車輕量化應(yīng)用技術(shù)專利申請(qǐng)活躍
鋼鐵一直是汽車生產(chǎn)中使用最多的材料。
而鋁的密度大約是鋼的1/3，鎂是1/4。
且二者還具有熱導(dǎo)率高、耐腐蝕好、加工性能優(yōu)良、阻尼減振、容易回收等優(yōu)點(diǎn)。
因此采用鎂合金、鋁合金等輕質(zhì)材料替代鋼鐵，是最為可行也是當(dāng)前應(yīng)用最廣的措施。
這一點(diǎn)從鎂鋁合金汽車輕量化應(yīng)用技術(shù)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)也得到了充分的表現(xiàn)（下圖），近十年來(lái)相關(guān)專利申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)。
上圖還同時(shí)從產(chǎn)業(yè)鏈的角度顯示了鎂鋁合金汽車輕量化應(yīng)用技術(shù)三個(gè)環(huán)節(jié)的專利發(fā)展趨勢(shì)。三個(gè)環(huán)節(jié)分別為材料組分、材料和部件加工和專用設(shè)備。
全球相關(guān)專利中加工、設(shè)備分支的專利申請(qǐng)總量較多，分別占40%和27%，且在近幾年出現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)，是該領(lǐng)域研發(fā)熱度最高的技術(shù)方向。
相對(duì)地，鋁鎂合金組分的相關(guān)專利在早期較多，呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的申請(qǐng)量，但近幾年鮮有布局。
這說(shuō)明本領(lǐng)域目前的研發(fā)活動(dòng)主要集中在產(chǎn)品應(yīng)用方向，進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的活躍階段。
1.2 各國(guó)鋁鎂合金汽車輕量化應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展側(cè)重不同
中國(guó)、美國(guó)和日本是整個(gè)鋁鎂合金領(lǐng)域研發(fā)活動(dòng)最為活躍和市場(chǎng)最受關(guān)注的地區(qū)。
我國(guó)在三個(gè)領(lǐng)域的專利數(shù)量均排名第一。
我國(guó)在《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》中，將應(yīng)用于節(jié)能與新能源汽車的高強(qiáng)鋁合金和高強(qiáng)韌鎂合金列為了先進(jìn)有色金屬材料的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。
同時(shí)也納入了新材料產(chǎn)業(yè)中先進(jìn)基礎(chǔ)材料的范疇。
極大地促進(jìn)了鋁鎂合金汽車輕量化應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。
日本汽車歷來(lái)重視輕量化問(wèn)題。
在加工和設(shè)備兩個(gè)貼近產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的領(lǐng)域投入較多。
相比之下，美國(guó)的專利分布正好相反，材料組分的專利相對(duì)較多，加工和設(shè)備偏少。
可以推斷美國(guó)在輕量化的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面相對(duì)較少，反應(yīng)在產(chǎn)品上就給了人們一種美國(guó)車“又重又大”的印象。
2、鎂合金是最具發(fā)展?jié)摿Φ钠囕p量化材料
2.1 加工難度限制了鎂合金材料的應(yīng)用
鎂合金較鋁合金的密度更低，約為2/3，且材料性能方面擁有更多的優(yōu)點(diǎn)。
如阻尼減振、散熱性好和容易回收等，是被公認(rèn)最具發(fā)展?jié)摿Φ钠囕p量化材料，是未來(lái)汽車輕量化材料的發(fā)展方向。
但由于鎂合金成型技術(shù)的難度較大，導(dǎo)致應(yīng)用范圍較鋁合金還較小。
目前，鎂合金的成型主要依靠鑄造技術(shù)，尤其是壓鑄技術(shù)。
但是，壓鑄設(shè)備昂貴、生產(chǎn)成本高，且鑄造和壓鑄的普遍缺陷為縮孔和疏松，這些缺陷降低了鎂合金的力學(xué)性能，極大地限制了鎂合金的應(yīng)用。
2.2 擠壓成型是提高鎂合金應(yīng)用范圍的關(guān)鍵技術(shù)
鑒于塑性變形能夠提高鎂合金的綜合力學(xué)性能，近年來(lái)，擠壓、鍛造、超塑性成型等成型技術(shù)逐漸在鎂合金產(chǎn)品上應(yīng)用。
尤其是擠壓成型在有色金屬加工過(guò)程中，是一種高效、優(yōu)質(zhì)、低消耗的精密成型技術(shù)。
全球相關(guān)專利近十幾年來(lái)的快速增長(zhǎng)（下圖）反映了業(yè)界對(duì)這一技術(shù)關(guān)注度的提高。
從技術(shù)演進(jìn)來(lái)看（下圖），鎂合金擠壓成型技術(shù)的研發(fā)主要是圍繞著工藝改進(jìn)和原材料改進(jìn)兩條路線發(fā)展的。
工藝改進(jìn)方面，早期主要是減少模具工裝和設(shè)備且降低成本的擠壓工藝技術(shù)。
例如，專利CN1478917A公開了擠壓工藝參數(shù)優(yōu)化，獲得準(zhǔn)晶增強(qiáng)快速凝固高強(qiáng)度變形鎂合金的方案。
專利CN101234401A提出對(duì)具有密排六方晶格的塑性較低的鎂合金，通過(guò)擠壓獲得的三向 壓應(yīng)力狀態(tài)有利于提高材料塑性的方案。
近年來(lái)，為了解決鎂合金密排流放結(jié)構(gòu)、變形能力差的技術(shù)問(wèn)題，工藝改進(jìn)逐漸側(cè)重于如何細(xì)化鎂合金晶粒，提高材料強(qiáng)度和塑性。
例如，專利CN106148777A公開了通過(guò)合金液澆注至模具中快速冷卻，細(xì)化組織的方案。
專利CN107081341A提出通過(guò)擠壓坯料的兩次加熱和小擠壓比中低溫快速擠壓細(xì)化組織。
原材料改進(jìn)方面，主要針對(duì)常用商用變形鎂合金Mg-Al-Zn系合金的組分改進(jìn)（例如專利CN1876871A），以及通過(guò)加入微量合金元素（例如專利CN103526090A）或稀土（例如專利CN103215481A）等成分進(jìn)行鎂合金組分改進(jìn)。
我國(guó)汽車單車用鎂量的規(guī)劃計(jì)劃在2030年達(dá)到45kg。
發(fā)展鎂合金擠壓成型技術(shù)對(duì)擴(kuò)大鎂合金在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍將起到關(guān)鍵作用。
可以使儀表盤支架、輪轂、大燈支架、離合器殼體、曲軸箱等各類殼體類、支架類部件逐步實(shí)現(xiàn)鎂合金材料的替代，進(jìn)一步降低汽車的質(zhì)量，更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
同時(shí)也契合了我國(guó)提出的碳中和、碳達(dá)峰戰(zhàn)略目標(biāo)。
（轉(zhuǎn)載）
