汽車用鎂迎來新機(jī)遇

劉冬博|文

鎂是發(fā)展中的第三金屬，是21世紀(jì)的綠色工程材料；鎂的密度是鋁的三分之二,鋼的四分之一。鎂合金作為一種輕量級(jí)材料正越來越多的應(yīng)用在汽車等交通運(yùn)輸工具的生產(chǎn)制造業(yè)上。隨著節(jié)能減排不斷升級(jí)，汽車輕量化已成為熱點(diǎn)，金屬鎂在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用迎來了新的機(jī)遇。

汽車減排需求加速

汽車所用燃料60%消耗于汽車自重。汽車質(zhì)量每降低100公斤，每百公里油耗可減少0．7升，二氧化碳排放減少5～10克/公里，汽車自重每降低10%，燃油效率提高6%～8%。因此，汽車輕量化成為汽車節(jié)能減排最主要的途徑。

工業(yè)和信息化部2012年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012～2020年)》中計(jì)劃：到2015年，我國純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量力爭達(dá)到50萬輛；到2020年，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車生產(chǎn)能力達(dá)200萬輛，累計(jì)產(chǎn)銷量超過500萬輛。到2015年，我國當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至6．9升/百公里，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至5．9升/百公里以下。到2020年，當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至5．0升/百公里，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至4．5升/百公里以下；商用車新車燃料消耗量將接近國際先進(jìn)水平。

國際方面，美國政府2010年4月公布汽車燃油經(jīng)濟(jì)性（CAFE）新標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定在美國銷售的2016款輕型車（包括轎車、SUV、皮卡及小型廂式車）平均燃油經(jīng)濟(jì)性由2011年款車型的27．3英里/加侖（約合每百公里8．6升），提升為35．5英里/加侖（約合每百公里6．6升），燃油經(jīng)濟(jì)性增幅約為30%。平均每公里排放172克二氧化碳。

歐盟汽車規(guī)定，截至2015年，平均每公里排放130克二氧化碳，2020年，平均排放達(dá)到每公里95克。歐盟計(jì)劃每公里多排放一克二氧化碳罰款95歐元。如果到2020年還是今天的排放水平每公里140克，那么每輛車將受到4300歐元的罰款。

2013年中國汽車產(chǎn)銷量雙超2000萬輛，產(chǎn)銷量世界第一，但是據(jù)估算，目前中國汽車鎂合金用量平均不到1公斤，遠(yuǎn)低于歐美國家水平，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。世界各大汽車公司也已?jīng)將采用鎂合金零件作為重要的發(fā)展方向。

鎂合金具備性能優(yōu)勢

汽車對(duì)于輕量化的需求迫在眉睫，鎂作為輕量綠色材料是汽車應(yīng)用的理想材料。鎂合金制造汽車零部件具備很多優(yōu)點(diǎn)：可減輕汽車質(zhì)量，增加汽車裝載能力，改善剎車、加速性能好；高塑性鎂合金可提高汽車抗震動(dòng)及耐碰撞能力，提高安全性；鎂的導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性也好；鎂合金壓鑄件一次成形優(yōu)勢可提高生產(chǎn)率和零部件集成度；鎂合金對(duì)振動(dòng)阻尼能力強(qiáng)，可延長使用壽命；鎂合金回收率高，有利于環(huán)保和節(jié)約能源等。

與主要競爭替代材料鋁相比，鎂具備較大性能優(yōu)勢。如鎂合金比鋁合金密度小三分之一，材料使用可明顯減少；鎂合金強(qiáng)度比鋁合金高50MPa；鎂合金減振性能強(qiáng)，超過鋁合金十倍以上，抗沖擊性明顯優(yōu)于鋁合金；鎂比鋁更容易加工，加工效率和壓鑄效率更高等。

當(dāng)前鎂價(jià)利于應(yīng)用推進(jìn)

目前汽車用鎂較少的一個(gè)主要原因是汽車行業(yè)對(duì)成本比較敏感，材料價(jià)格的大幅波動(dòng)直接影響對(duì)鎂合金汽車零部件的使用。2007年8月之前，國內(nèi)鎂價(jià)一直低于鋁價(jià)，一些下游企業(yè)采用鎂件代替部分鋁件。2008年，鎂價(jià)大起大落，影響和制約了下游加工企業(yè)對(duì)鎂的使用，不少企業(yè)改回用鋁。

不過2009年以來，鎂的價(jià)格一直在低位徘徊，價(jià)格已連續(xù)5年在15000～19000元/噸之間窄幅震蕩，回歸到合理價(jià)格區(qū)間。可以說，鎂是金融危機(jī)后價(jià)格波動(dòng)最小的金屬之一。考慮到目前全球的經(jīng)濟(jì)形勢以及目前國內(nèi)依然存在的產(chǎn)能過剩的情況，預(yù)計(jì)鎂價(jià)難以再出現(xiàn)暴漲的情況。

當(dāng)前鎂合金主要替代品是鋁合金，鋁鎂價(jià)格比一直以來是一個(gè)衡量鎂性價(jià)比的重要參數(shù)。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，鋁鎂價(jià)格比率低于1．3時(shí)，鎂性價(jià)比顯現(xiàn)。中國2010～2013年間，這一比率一直在0．9～1．2之間窄幅震蕩，有利于鎂的推廣和發(fā)展。

在國際市場上，中國是全球最大的鎂生產(chǎn)國和出口國，鎂產(chǎn)量占世界的85%以上，特別是日本、歐洲的鎂及鎂合金幾乎全部來自中國。近年來，由于中國對(duì)鎂及鎂合金出口征收10%的出口關(guān)稅，導(dǎo)致國際市場鎂鋁比價(jià)處于相對(duì)較高的水平，一定程度上影響了鎂合金的擴(kuò)大應(yīng)用。2013年我國取消了出口關(guān)稅，使國際市場的鎂價(jià)格下跌10%以上，國際市場鎂鋁價(jià)格比也有望降到1．3以下。

鎂合金輪轂

鎂金屬汽車變速箱

鎂零部件研發(fā)取得進(jìn)展

我國采用鑄造技術(shù)加工鎂合金已有30多年的歷史，但在汽車工業(yè)上應(yīng)用起步較晚，目前約有20家企業(yè)從事鎂合金壓鑄件的生產(chǎn)和研究。近年來，在各汽車企業(yè)共同努力下，我國已開發(fā)出了上百個(gè)汽車鎂合金零部件，其中大部分已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，若將其相加，總量可達(dá)100公斤。

中國第一汽車集團(tuán)公司開發(fā)了抗蠕變鎂合金，用于制造高溫負(fù)載條件下汽車動(dòng)力系統(tǒng)部件，還成功開發(fā)出氣缸蓋罩蓋、腳踏板、方向盤、增壓器殼體、傳動(dòng)箱罩蓋等鎂合金壓鑄件，并已應(yīng)用于汽車生產(chǎn)。

東風(fēng)汽車集團(tuán)股份有限公司研究的鎂合金零部件包括汽車踏板、變速箱上蓋、制動(dòng)閥殼體、進(jìn)氣管、轉(zhuǎn)向支架、發(fā)動(dòng)機(jī)汽室罩蓋等系列產(chǎn)品。

重慶博奧鎂鋁金屬有限公司與長安汽車公司聯(lián)合國家鎂合金工程中心，共同對(duì)長安CVⅡ車型進(jìn)行了零部件的開發(fā)綜合應(yīng)用，共開發(fā)12個(gè)零件，單車用鎂合金重量約20多公斤。

上海交通大學(xué)自主開發(fā)的JDM1鎂合金，成功制備了質(zhì)量良好V6鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、Mg-RE復(fù)合材料缸套、開發(fā)了高稀土含量的JDM3合金，滿足活塞性能要求，采用低壓鑄造成功試制出質(zhì)量良好的鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架鑄件，采用JDM1鎂合金成功的小批量試制出了合格的鎂合金輪轂。

中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所與中國一汽集團(tuán)鑄造公司合作開發(fā)的稀土鎂合金座椅骨架，并研制高速列車用稀土鎂合金通風(fēng)窗、電動(dòng)車用稀土鎂合金輪轂，用稀土鎂合金研制了紅旗轎車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸罩蓋、460馬力柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸罩蓋等。

江蘇榮鎂輪轂有限公司自主研發(fā)的“超塑性整體模鍛鎂合金汽車輪轂成型工藝技術(shù)”獲得國際鎂協(xié)2013年度最佳工藝獎(jiǎng)，突破了“工藝技術(shù)參數(shù)”和“模具設(shè)計(jì)與設(shè)備裝置設(shè)計(jì)”等關(guān)鍵難題，使用AZ80等一系列成熟鎂合金，已正式工業(yè)化批量生產(chǎn)出普通乘用車（家庭轎車）通用系列——16寸、17寸、18寸規(guī)格的全鎂合金輪轂。經(jīng)各方初步試用：單只輪轂比同規(guī)格鋁合金輪轂減重比率達(dá)40%以上，四只車輪全部使用鎂合金輪轂經(jīng)長城汽車公司試用，試用車型油耗比鋁合金輪轂節(jié)油14%。當(dāng)前，該公司已初步具備批量生產(chǎn)能力。

另外，如深圳力勁集團(tuán)、威海萬豐鎂業(yè)等企業(yè)已開始接受國外汽車零部件訂單。中國汽車工業(yè)特別是汽車零部件產(chǎn)業(yè)逐步融入全球采購體系，利用國內(nèi)鎂資源優(yōu)勢所形成的價(jià)格優(yōu)勢，有望成為世界有影響力的鎂合金零部件生產(chǎn)基地。歐洲汽車生產(chǎn)商正逐漸把亞洲尤其是中國作為采購便宜汽車零部件的重要地區(qū)。

汽車用鎂將快速發(fā)展

我國鎂行業(yè)正在取得積極進(jìn)展，產(chǎn)能、產(chǎn)量、消費(fèi)量趨于合理化發(fā)展，鎂工業(yè)在節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面都取得了長足進(jìn)步，金屬鎂的競爭力在不斷增強(qiáng)。隨著時(shí)代發(fā)展，汽車行業(yè)對(duì)輕量化的需求與日俱增，鎂合金壓鑄件在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)顯示出長期增長態(tài)勢。鎂在每輛汽車上的應(yīng)用潛力為80～100公斤。未來幾年我國汽車年產(chǎn)量預(yù)計(jì)將保持在2000萬輛以上，以此估算，單車用鎂量如能超過10公斤，我國汽車用鎂消費(fèi)量將超過20萬噸。鎂合金在汽車領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，鎂作為綠色金屬發(fā)展將迎來新的發(fā)展機(jī)遇期。