从环境效率来谈谈镁合金

环境保护对燃油节约型车辆需求的日益增加，给世界各地的汽车生产商带来了不断的挑战。为了降低汽车对气候变化的影响，汽车制造商开始考虑将汽车零部件替换成对环境危害较小的。

据常识，较轻的车辆比较重的车辆更省油。根据剑桥大学Julian Allwood教授的研究，全球能源使用量可能通过使用轻型汽车而大大减少，平均车身重量达到500公斤已被认为是可以实现的。

因此，制造商已经进行了许多研究，以找到同样安全但不重的材料来替代车辆中的某些部件。当然这种做法并不会导致当前车辆的减少，但是会为汽车中安全、豪华的小装置提供更多的安装空间。

更轻的部件还可以改善车辆的碰撞特性：它们减少了车辆运动所需的动能，并且它们在车辆碰撞中吸收能量（通过塑性变形）的特性也优于其他材料，例如钢。

除经济原因外，任何材料的可行性与适用性都是根据其质量和环境效率来确定的。替代品通常从要考虑保证原有的体积或刚度。例如，第一种情况下，发动机可以用铝铸的来替代，第二种情况适用于车体中的某些结构板或梁。偶尔，一些替代可以从强度方面来考虑，如气缸盖。

汽车部件的环境效率取决于主要金属生产的二氧化碳排放量。尽管钢铁由于其无污染物的生产而被认为是“清洁材料”，但由于其密度之高仍被定义为“能耗材料”。

这就是近来出现的一个趋势：用镁（Mg）和铝（Al）这类轻合金替代钢和铸铁汽车部件。相同密度下更高的硬度，良好的成型性，良好的耐腐蚀性和回收潜力已让铝成为汽车行业替代材料的理想选择。铝合金大多用于汽缸盖，散热器，车身和车轮轮缘。

然而，由于其物理性质，镁在制造性方面具有优于铝的优点。

由于替代材料需求的不断增加，对镁的研究、应用已经复苏，镁合金的应用越来越普遍。如今，镁合金用于如方向盘，转向柱部件，仪表板，座椅，齿轮箱和进气系统等汽车部件。由于其物理和机械性能，镁已被证明比铝更优选。即使现在铝合金广泛使用，预计镁合金市场将会发展，其应用将在不久的将来快速增长。

然而，与钢铁相反，轻合金如铝和镁相当耗能，即使它们使用起来非常干净。因此，这些部件在安装车辆之前已经耗费大量的能量。因此，在解决其高耗能的问题前，轻合金的普遍应用还有些许曲折。

在对排放分布的分析中，F. Field，R. Kirchain和J. Clark表示，从引入铝密集型车辆后，可能需要长达15年时间才会出现显著的净环境效益。研究表明，如果考虑生产铝的二氧化碳排放量，可以说铝车身设计在短期内并没有提供任何环境效益。专家表明，铝车身可能需要32-38年的时间才能抵消金属生产中的二氧化碳排放。

铝和镁的生产方法在不同国家有所不同，这定义了它们在环境污染上的差异。水力发电，地热能，核电等排放能源最有利于这些金属的生产。然而，即使在同样的低排放生产中使用不同方法和技术仍然会对环境产生不同的影响。所以，很难确定车辆用钢铁部件与用铝/镁合金部件对环境的具体影响。最主要原因在于轻型车身的部件金属和类型的使用不同。

Carlos H. Cáceres 基于车身替代物和其材料类型，开发了分解版的轻合金时间依赖性排放模型。他使用的模型可以将总体排放分解为每个替代品的前期借项，并与其提高燃油效率所节省的能量进行单独比较。Carlos 参考标准的家用轿车，通过一系列案例研究，得出了14种可能的替代材料和在场景中应用的所有结论。根据排放峰值，这些材料中只有两种被认为是可行的 —— 这些材料正是具有高回收率的铝和电解镁铸件。分析结果表明，铝和电解镁铸件的环境效益预计将在相当短的时间内达到 —— 大约4年。三个最不高效的是Pidgeon 法炼镁梁，Pidgeon 法炼镁板和电解镁梁，因为他们提高的燃料效率不足以抵消初始消耗。

总之，相比之下镁合金铸件是行业内最可靠的汽车替代品，它们的短期环境效益将提高燃油效率，减少对气候变化的影响，同时该行业也一直在寻求更安全、更环保的镁合金铸造发法。