(1)金属镁及镁合金的应用
1. 金属镁的应用
金属镁的主要用途有以下几个方面:
(1)生产难熔金属的还原剂。镁可作为生产钛、锆、铪、铍、硼的还原剂,尤其用作生产金属钛的还原剂用量在逐年增加。
(2)铝合金的添加元素。
(3)球墨铸铁的球化剂。
(4)钢铁脱硫的脱硫剂。
(5)高贮能材料。镁在常压、523℃条件下和氢作用生成氢化镁,在低压或稍高温度下又能释放出氢,是良好的贮氢材料。
(6)烟火。镁粉可广泛用于生产焰火、礼花、信号弹、照明弹、。马牌轮胎
福特suv探险者价格2. 镁合金应用
(1)镁合金的特性
1 重量轻。镁合金比钢轻77%,比铝合金轻35%,是常用结构金属材料中最轻的。
2 比强度、比刚度高。在同等条件下,1公斤镁合金的坚固程度等同于2.1公斤的钢、1.8公斤的铝,如用镁合金代替工程塑料,厚度可降低64%,重量可减轻36%。
3 耐冲击,阻尼吸震性能优良。镁合金抵抗震动及降低噪音的性能是铝合金的10~50倍,相同冲击下,耐冲击厚度仅为工程塑料的1/3。
4 散热性好。其热传导系数是塑料的150倍,适用于高散热要求的电子产品。
5 防电磁波干扰,屏蔽性能良好。
6 铸造成型性优良。可压铸制造形状复杂的零部件和厚度超薄的外壳件,最薄可达0.45mm,而工程塑料最薄为1.2~2mm。
7 良好的电化学作用,主要用于牺牲阳极。
8 可完全回收再利用,是绿环保产品。
(2)镁合金的主要应用领域
镁合金主要应用于航空航天工业、汽车工业、摩托车和自行车、船
舶工业、通讯电子工业、国防工业、牺牲阳极和其他方面。
斯柯达柯珞克镁合金汽车零件的好处可简单归纳为:密度小,可减轻整车重量,间接减少燃油消耗量;镁合金的比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷;镁合金具有良好的铸造性和尺寸稳定性,容易加工,废品率低;镁合金具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可降低噪音,用于座椅、轮圈可以减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势,在过去十年里,其年增长速度超过15%。
(2)镁行业发展前景
1. 应用领域的逐步扩大推动镁的需求量增加
如前所述,皮江法在中国得到了广泛而迅速的发展,因其成本低廉、品质优良,中国镁产量日渐增长,逐步占有了全球市场的80%,随着全球工业化的迅速发展,金属镁及镁合金越来越多地应用于各
个领域,突出表现在汽车工业、铝合金生产、镁合金压铸件及金属还原等领域。由于镁及镁合金在各领域的应用不断拓宽,市场对镁的需求大幅增长。从2004年起,国内的金属镁需求量持续扩大,国内镁产品出口依存度不断降低,金属镁深加工快速优化升级。我国已成为全球最具增长性的镁应用市场,并正在从全球镁原料供应基地逐步向镁材料供应基地和零部件制造基地转化。2008年中国国内消耗镁产品约15万吨,自当年起成为世界第一镁消费大国。从2008年至今,国内镁消耗量因金融危机的影响略有缩减,但从2010年新建的镁合金应用项目来看,主要应用领域仍然是汽车、摩托车以及自行车和3C产品等为主。可以预见,这些项目的建成上马将会进一步推动国内镁合金应用领域的扩大。
2. 汽车轻量化将成为镁应用的主要领域
随着人们对环境保护意识的增强,绿产品市场迅速壮大。镁合金作为21世纪令人瞩目的绿工程材料,成为各国企业投资和研究的热点,也成为供应商投资开发的着眼点之一。目前,我国正在进行汽车产品的结构调整,低排放、低污染、节能的绿环保汽车逐渐成为主旋律。镁作为加工材及各类制品使用,在各个领域越来越多,但要从数量(重量)上突破,关键还是在于交通运输业,特别是汽车制造业。人类社会的发展要求汽车更加环保和降低能耗,减少尾气排放量,最有效的措施就是推动汽车轻量化,汽车制造商的眼球就盯住了使汽车减重的最佳材料—镁合金。
欧洲汽车回收法要求2006年开始轿车重量85%以上都要达到可回收
的水平,最晚于2015年要达到95% 以上的可回收水平。欧盟委员会的其它法律行动还包括欧盟环境委员会制定相应章程以推动燃油经济型轿车。据汽车新闻(Automotive News)2010年12月29日报道,根据2016年企业平均燃油经济指标,或CAFE的标准,意味着克莱斯勒、福特、通用、本田、日产和丰田到2016年的新品年度,轻型卡车组将必须达到30英里/加仑(而该类轿车的旗舰产品作为一个整体必须达到35.5英里/加仑),否则汽车制造商将面临惩罚。Silverado和Sierra牌轿车到2016年将减重500磅左右,到本世纪20年代初期的减重可能达到1000磅。汽车厂商要在2016年达到欧盟的企业平均燃油经济指标以及各国的强制性排放标准,除了改善燃油的性能之外,唯一的出路就在于减轻汽车的重量,使用比铝更轻的替代金属或材料用于制造汽车,且这个材料的使用数量不能少于120公斤。就当今人类社会使用的金属材料而言,这种替代金属只能是镁。以全球年产8000万辆轿车的一半,即4000万辆轿车,每辆轿车平均使用100公斤镁计算,则年消耗量可达400万吨。
目前,北美是汽车用镁量最大的地区,其次是欧洲,表1列出了欧美一些汽车厂家采用镁合金制造的汽车零部件。美国汽车业已广泛使用镁合金压铸件,以美国曾经的三大汽车公司为例,福特公司采用了30个镁合金压铸件、通用公司45个、克莱斯勒20个,单车用镁合金20~40公斤。就镁合金在汽车上的应用而言,日本要落后于欧美国家,最早仅限于气缸盖、座椅架、仪表板等,但近年来发展迅速,如丰田公司开发使用了镁合金转向盘、轮毂,又推出了前排座椅为镁合金骨架的网状结构。
表1.:部分汽车品牌产品使用的镁质零部件
汽车厂家采用镁合金制造的部分汽车零件
通用气缸盖、滤油器、空气滤清器壳、配电器、挡泥板支架、烟灰盒门、转
丰田汽车卡罗拉向盘柱、前大灯罩、前大灯托架、前大灯、框架
福特配电器、挡泥板支架、离合器壳、制动器及离合器踏板、托架、转向柱
定位机、分动器壳、
克莱斯勒变速器壳体
大众曲轴箱、变速器壳体、增压器壳、正时齿轮、离合器壳
沃尔沃节气门连杆、手制动连杆、车门外把手
奔驰座椅架
奥迪仪表板
保时捷风扇、风扇架、车轮
我国汽车工业用镁较晚,多处于研究开发阶段。上汽率先将镁合金用于桑塔纳轿车的变速器壳体、壳盖和离合器外壳;一汽已试制开发发动机罩盖、离合器壳、齿轮室和齿轮盖等小批量样件;二汽镁合金研发体系也已形成,近期投产的630、800和1600镁合金压铸件生产线,可批量生产载重车的变速器上盖、脚踏板、真空助力器隔板、制动阀体等16种零件,并已大批量装车进入市场销售。
在未来的发展中,镁合金除了在目前的应用领域(如车轮、发动机气缸盖及进气管、变速器等)继续改善其性能并拓展其在不同轿车车型中的应用之外,在一些大型铸件上,也将拓展其应用范围,如顶盖、发动机罩盖、后备箱盖、内门板及框架、仪表板等。目的是不仅减轻质量,而且可以使几个零部件优化设计成一个镁合金铸件,节省加工工具的成本,提高装配效率,因此为镁合金的发展提供了新的机遇。另外,其他的需要安全及高断裂韧性的零部件,如座椅框架、转向柱、车身保护板、散热器格栅加强板、副车架及一些车身结构支撑件等,也成为镁合金正在并将继续深入拓展应用的领域。
国际镁协欧洲代表处董事在给国际镁协的报告中说,欧盟在过去几年每年平均进口约205,000吨镁金属,90%约184,500吨由中国进口,其中约90,000吨作为添加铝合金或其他有合金,72,000吨左右为镁合金进入欧洲作为压铸用途,其余约40,000吨应用在冶金及化工相关产业。前年(2009年)预估2010年压铸产业将由72,000吨成长至76,000吨,成长率接近9.5%,显示欧洲镁金属产业不但缓步成长,而且已成为中国日趋重要的出口市场。
预计到2020年,镁合金作为材料及制品在除汽车行业的其他领域的用量将达100万吨,届时镁的全球总需求量将达500万吨。因此,可以说汽车轻量化将会是今后镁合金应用的主要方向,在镁合金消耗的比例分配将会逐年增加,甚至会超过铝合金的生产制造成为最大的消费领域。
简单地说,全球镁的需求量在现有水平上将会稳步上升。
3. 镁取代铝是汽车材料应用发展的必然趋势,关键应用技术的突破
是唯一的短期障碍
从结构金属以及应用领域看,镁取代铝是汽车材料应用的必然趋势,这是由汽车轻量化的趋势所决定的,是由世界各国对节能减排以及燃油经济性指标的要求所决定的,同时也是由镁合金的物理性能、化学性能以及机械性能和加工性能的优势所决定的必然趋势。
从第一次世界大战到现在,镁合金在军事飞行器、汽车以及工业各方面的应用虽然在不断地开发和拓展,全球金属镁及镁合金的产量自上个世纪90年代开始也在逐年增长,但镁合金下游产业,尤其是我们重点关注的汽车产业对于镁合金的用量始终仅有规划和计划却没有出现实质性的大幅度增长,究其原因,有以下几点:
(1)生产商对镁合金下游开发的贡献不足。挪威的海德鲁公司作为曾经的世界第一大镁企业虽然一度
远景改装垄断了全球镁的价格,但通过内部技术研发团队的售后服务支撑,该公司在推动镁合金在下游产业领域的研发和应用起到了至关重要的作用。正是在海德鲁对镁合金的下游应用投入了巨额的资金与下游企业合作进行研发的基础上,如今镁合金应用最先进的欧洲地区才稳步增长其用量,成为中国最大的客户集中地。可以说,挪威海德鲁公司对今天镁合金应用领域的不断拓展功不可没。自从本世纪初中国采用皮江法炼镁工艺生产的民营企业通过价格战将西方采用电解法工艺生产的企业挤出镁生产队列之后,中国成为世界最大的产镁国,但没有任何一家民营的镁生产企业在镁合金下游应用领域的研发进行过投入,即使是进入到下游生产的企业也是采取“拿来主义”,也
就是说,西方国家的镁生产商对其产品的应用开发起到了推动的作用,而中国的镁生产商只追求利润而未能对产品的下游应用开发做出任何贡献。
除此以外,欧美的政府、专业组织机构、科研院所以及汽车制造商通过合作对镁合金在汽车领域的应用进行研发,极大地推动了镁合金在汽车领域的应用。反观国内,这方面的工作做得太少,而且基础物理的积累不足以支撑进行这方面的研发。因研发不足,其应用必然不足。(2)与钢和铝相比,镁的应用历史短,合金牌号少,产量少,整体研发不足。镁合金的品种规格有限,汽车用的镁合金品种及牌号不多,尤其是板材与型材缺乏。高性能的镁合金其研究开发的成本极高,而且镁合金的基础数据积累不够,缺少统一的检测标准和系统的力学性能测试,在腐蚀、热膨胀及模具设计等方面的数据也不足,因而增加了零件设计的难度,并导致成本增加。而无论是钢还是铝,其应用历史和各种牌号的
产品都远远超过镁合金,直至目前,镁合金的牌号也仅有几十个,而钢材和铝合金因为其研发历史长,牌号众多,应用领域广,所以其产量远远高于目前全球仅有不足百万吨的镁,其用量也远远高于镁和镁合金的合计用量。
(3)中国镁生产企业的成本、价格以及供应都无法保持稳定,阻碍了
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