轻量化的镁合金引领电动车更轻盈

众所周知，镁合金是实用金属中的最轻的金属，有密度小，比强度高，弹性模量大，减振性好，承受冲击载荷能力大的特点，高强度、高刚性。被广泛应用干携带式的器械和电动自行车（简称电动车）行业中，达到轻量化的目的。在日益严重的资源和环境双重压力下，镁合金作为目前工程应用中最轻和尚未被全面开发的金属材料，正受到前所未有的关注，大规模开发和利用镁合金的时代正向我们走来。据了解，镁合金凭借其在性能、资源、环境等方面的独特优势在各个领域得到广泛应用，具有广阔的市场前景。特别是近年来，电动车领域开始大量应用镁合金，有效减轻了车重，改善了性能，加快了电动车产业的升级而受到社会的广泛关注。

1 轻量化将成为电动车的重要发展方向

我国的轻型电动车没有很严格的定义，一般认为电动两轮车，电动三轮车，电动自行车，电动摩托车和现在常常提到的轻型、低速的电动汽车都属于这个范围。

 近年来，电动自行车以其经济、便捷等特点，成为群众出行的重要交通工具，电动自行车产业快速发展，保有量迅猛增长，现在全国的电动自行车保有量已经超过1 1.2亿辆。

据了解，按照现行的国家标准，电动自行车最高车速应不大于20 km/h，整车质量（重量）应不大于40kg，一次充电后的续行里程应不小于25 km。但是出于市场竞争的需要，生产厂家向市场提供的电动自行车速度越来越高，重量也越来越重，已经达到轻便摩托车的标准，但是却在非机动车道路上行使，给交通安全带来极大的影响。近些年中国电动车产量一直保持在2 000万辆以上，国家将电动自行车列入家电下乡补贴产品，给予按照销售价格给予13％的政府补贴，进一步刺激了生产和销售。但80％以上的电动自行车都属于“超标”产品。

 随着国家对新能源产业整体推进步伐的加快，及绿色、环保、低碳经济的发展需要，电动车作为一种与消费者生活密切相关的出行伴侣，已开始面临新的机遇和挑战。不可否认，轻量化将成为今后电动车的重要发展方向，未来，电动车将会更加轻便化、小型化、节能化。而顺应这种趋势，最核心的就是要推动技术创新，通过创新丰富人们的生活。

 限重一直是电动车新标准争议的热门内容，但从长远来看，限重将是一种趋势。从当前来看，主要还是应该通过技术手段来寻找突破口。当下电动车主要使用铅酸电池，这也是增加电动车重量的一个重要因素。所以电池的研发就成为一个方向。如轻量化锉电池，质量仪为3.5～5 kg，而且车型精、设计巧、动力强，被誉为是新一代电动自行车的最佳电源。此外，市面还出现了太阳能驱动电动车。将太阳能直接转化成电能，整车集体积小、零污染、节能环保多项优点。但从价格和性能等因素综合来看，二者的普及率还不高，需要企业努力加大技术研究，让更具优势的新电源可以走进电动自行车领域。框架是电动自行车的主要承重部分也是整体重量最集中部分，如果想减小质量，就必须选择轻质又具有综合力学性能的材料。在框架材质选择上，国内各电动车厂家可谓是当仁不让，纷纷推出了时尚、轻便的电动车型。如澳柯玛电动车，由镁合金等特殊轻材质制成，镁合金是实用金属中的最轻的金属，有密度小，比强度高，弹性模量大，减振性好，承受冲击载荷能力大的特点，高强度、高刚性。被广泛应用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。此外，该车还采用了寿命更长、使用更久的三元铿电池，体积小、可折叠（折叠后放置干汽车后备箱内或携带到安全的地方）。此外，这款电动车还配有高亮夜灯、USB充电功能，液晶仪表，指南针铃挡等，设计更加贴心全面。

 高技术、高品质电动车产品，一是要求“轻”。做到既轻量化，技术强度又要高，具有减重节能的优良性能。二是要求“精”。要做到设计精，技术结构精，零部件选用精，制作工艺精制。三是要求小巧。技术结构设计巧妙，外形精巧富有创意，使用上灵巧，便于骑行、携带和存放。四是要求高品质。做到材质强度高，设计水平高，制造工艺高，零部件技术含量高。尤其镁合金电动车要大量使用高效锂电池。镁合金加锂电池，将产生1＋1大于2的效果，使镁合金电动车减重节能、便于应用的优良特性更加突出。因为镁合金其金属结构的特殊性，完全适用于电动车部件的创新安全使用，完全适用于国内外交通业市场的需求。其优良的性能和高新的技术必将为交通工业的发展开辟广阔的前景。在今后几年中，镁合金将会在电动车行业获得更广阔的应用，镁合金电动车也将会被更多的普通用户所青睐。这需要整个电动车行业的共同努力，开发适合消费者的性价比高的镁合金电动车产品。

镁合金材料属技术密集型和劳动密集型结合产业，在技术上可完全依靠国内技术和全部国产化，在生产力布局上可创造巨大的经济效益和社会效益。镁合金电动车材料是更新换代产品，其市场前景）’‘阔，产品具有重量轻、节能、安全、环保、美观、时尚等优点，属国家支持性产业。

电动车的发展方向是：设计个性化、功能综合化、自重轻量化、操作方便化、款式多样化。城市用电动车继续向多功能、轻量化发展，高档车向变速、避震、更加舒适的方向发展。为符合这种变化要求，自行车零部件更多地应用新材料与新技术。近年来根据产品不同品种、性能的要求，高科技含量的复合材料及高强度轻合金材料将更多地应用于电动白行车的制作。所以镁合金材料的引入将会在我国电动自行车业得到成功应用。新材料的广泛应用，将使电动车的性能和制造工艺发生革命性的变革。随着人们对环境保护意识的增强，绿色产品消费市场将迅速扩大。

在近年，德国科隆，弗里德里希，法国巴黎自行车展上，镁合金电动车也是屡见不鲜，正在被更多的厂商和消费者所认可。但由于技术上的局限，镁合金变形、焊接及防腐性能的各项指标均较难掌握，很难大批量、规模化运用在实际生产上。这造成了镁合金电动车产品由干其高价格，即使在欧美也仅仅只被一些专业人员或电动车运动发烧友所能承担。镁合金产品在国际电动车展销会上，有许多外商提出镁合金材料电动车意向，且同行业有许多生产厂家出口此产品，具有良好的国外市场。目前国内外市场对镁合金电动车及零部件产品需求旺盛。随着世界能源紧张和环保压力加剧，世界各国对电动车的需求始终旺盛，质轻减震的镁合金电动车能够满足热门对电动车轻便代步和健身的需求，因此市场潜力很大。

2 镁及镁合金的性能优势

 镁合金是最轻的金属结构材料，镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.74g/cm，镁合金左右），是铝的2/3，钢的2/9。高强度、高刚性，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。镁合金主要合金元素有铝、锌、锰、钵、针以及少量错或镐等。

镁合金加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量小、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。镁合金广泛用干携带式的器械和电动车行业中，达到轻量化的目的。

目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌错合金。采用镁合金能减轻整车重量，可在铝轻量的基础上再减轻15％～20%。由于镁合金具有较高的比强度和比钢度，电磁屏蔽性好、减震性好、具有优良的可切削加工性能和机械抛光性能，具有环保特性，尤其易干回收利用，因此，镁合金在航空航天、军工、交通工业、电子通讯工业等领域应用在急剧扩大，现已成为仅次干钢铁、铝合金的第三大金属结构材料，被誉为21世纪最富于开发应用潜力的“绿色工程金属结构材料”并将成为21世纪最重要的轻质结构材料。

 镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。

 镁合金相对比强度最高。比刚度接近铝合金和钢，远高干工程塑料。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250 MPa，最高可达600多MPa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能，防辐射性能，镁合金铸件回收再利用可做到100%。镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5 mm，适应制造汽车各类压铸件。但镁合金线膨胀系数很大，达到25～26 μm/m℃，而铝合金则为23 p m/m℃，黄铜约20μm/m℃，结构钢12 μm/m℃，铸铁约10μm/m℃，岩石（花岗岩、大理石等）仅为5～9μm/m℃，玻璃5～11μm/m℃。

镁合金的刚度随厚度的增加而成立方比增加，对用镁合金制造刚性好的整体构件十分有利。镁合金的减振系数远高干铝和钢铁，具有优良的抗冲击性能，有利于减振降噪，选用镁合金作为汽车结构材料能有效降低汽车振动和噪声，受冲击时能吸收更多的能量。镁合金的散热性好，抗电磁干扰性高，使汽车更为安全舒适。此外，镁合金具有良好的铸造性能和加工性能，同时有优异的回收再生利用的特性，其循环使用并不影响材料的性能，且再生熔解时的能耗比新材料制造所消耗的能源少得多，仅为从矿石冶炼能耗的百分之几，更有利于环保和资源节约。

镁合金性能优异、资源丰富，是符合轻量化、低碳趋势的重要工程材料。镁合金在材料性能及加工性能方面都存在一定的优势，而且全球的镁资源非常丰富，中短期内无短缺之虞，在传统的金属材料由于资源稀缺导致价格不断卜涨而使用成本日趋增加的背景下，镁金属被认为继是钢铁，铝合金之后的第三大金属结构材料。镁合金最大的优势在于质轻，在“绿色经济”不断深化的时代，镁合金的应用空间非常广阔。

3 镁合金是未来电动车的的重要选择

资料显示：交通领域消耗石油60％左右，汽车燃料60％消耗在汽车自重上。国际能源机构数据表明，全球57％的石油消费在交通领域，预计近年将上升到62％以上：为减少汽车二氧化碳的排放，世界各国都制定了严格的汽车排放和燃料经济性法规。据统计汽车使用燃料的60％消耗在汽车自重上，如果汽车减重10%，其燃油消耗可降低6～8%、碳排量也随之大幅降低。

   从原镁的消费结构大致可分为两类：非工程结构材料，主要包括铝合金元素添加、炼钢脱硫、还原海绵钦、镁阳极等，这部分属于原镁消费的传统领域，占比60％以上：工程结构材料，主要指镁合金，终端消费集中在汽车、3C领域，目前占比不到40%，全球消费量不到30万吨，是原镁消费增长最快、未来空间最大的领域。目前镁合金的消费量还很小，主要是受到了以下几方面囚素的制约：镁合金材料及加工性能存在一定的不足：镁合金牌号少，难以满足不同产品对材料的要求：塑性成形工艺的生产效率、成材率还待进一步提升：镁合金冷加工技术还待成熟：镁废料的回收成本高。但是随着对镁合金研究的深入，这些制约因素已经或将逐渐获得突破。

  经济性也是制约镁合金在传统汽车上推广的因素之一。目前镁合金在汽车上应用的制约因素，除了镁合金价格和性能之外，全生命周期的经济性也是主要因素。由于轻量化汽车零部件的制造成本要更高，对干传统汽车来说，轻量化导致汽车寿命期间节省的燃料并不足以抵消额外增加的制造成本：即使考虑到二次轻量化的因素，也只有当油价上涨到4美元／加仑时，镁合金零部件轻量化节省的燃油费才能够覆盖额外增加的制造成本，消费者才有购买意愿。

 镁合金在汽车轻量化上的应用空间很大。各国汽车制造商积极进行汽车轻量化，欧美各车厂计划到2020年，汽车减重15％左右：美国汽车材料协会（USAMP）预计到2020年北美生产的每辆汽车镁合金用量达到约160 kg。相对于欧美等国，我国自主轿车平均比发达国家同类轿车重8％～10%，汽车轻量化的潜力更大：国内主要的汽车企业都制订了未来扩大用镁合金的计划。

 镁合金在电动车上应用更具经济性。目前电动车面临的一大问题就是笨重的电池增加了车重，从而制约了电动车的性能，所以轻量化也被认为是电动车的核心技术之一。使用镁合金进行轻量化设计就具备经济性。随着电动车的推广，在电池技术尚未出现质的提升之前，镁合金等轻量化材料将得到快速的增长。据介绍，与铝轮毂相比，镁合金轮毂的最大优点在于质量轻，一套镁合金轮毂（前后轮）3.1 kg，而一套铝合金轮毂要4.7 kg，减重三分之一左右。另外，镁合金减振性好，舒适度高；散热性好，可降低刹车系统温度，延长刹车轮毂使用寿命，较轻的镁合金轮毂有利于改善还可以改善车的加速与刹车性能。对增加了电池的电动车来说，轻量化是一个很重要的选择，在整车减重上有明显效果后，将会使一次充电后行驶距离进一步延长。更为重要的是，目前部分镁合金电动车轮毂的制造成本与价格已经能够低于铝合金轮毂，因此市场和客户在逐步增加认同。据保守估计，尽管相关产品标准还未能完善，但镁合金电动车轮毂的销量已达100万套，并且还在增长。因此，可以认为，扩大镁合金应用是电动车行业解决当前困境，既能满足市场需要又能符合国家法规的重要解决方案。保守估计，如果有50％的电动自行车使用5 kg的镁合金，一年将会新增75 000吨的镁合金市场，相应拉动配套的产业链共同发展。但是，单靠企业自身的努力和零散的行动，此项工作恐难以有效推动，需要相关各方通力协作，需要企业、行业、用户、、科研机构、政府的共同努力，也需要有力的推广和广泛的社会认知。

 我国镁的蕴藏丰富，镁资源占全球总储量的22.5%较低的投资成本，丰富的煤炭资源，低成本的原料供应，以及充裕的劳动力优势，都使镁在我国的生产具有良好的经济性和竞争性。我国的原镁产量占全球量的40%，是世界上第一大镁生产国和出口国。我国镁冶炼企业规模化、集约化程度在不断提高，材料来源丰富。从性价比比较，镁合金的运用优于铝合金材料。但镁合金在塑性变形时变形速度很低，易开裂，严重阻碍工业化生产。镁合金坯料的质量对变形材料的应用起到基础性的决定作用。其质量将直接决定并影响着加工产品的好坏。镁合金本身室温塑性差、现有加工技术的局限，与合金坯料质量差而导致的加工废品率高直接相关。

 镁合金材料将是未来生产厂家的重要选择，扩大镁合金材料应用将是电动车行业一条必行之路。目前，夭津、河北、浙江、山西、山东等省区已经有很多企业生产镁合金电动车和电动车部件。除了车架、支梯、镁合金泥板、支棍等车体部件，镁合金轮毂的应用更是加大了单车镁合金的用量。低碳绿色经济的步伐加快，电动车产业将面临新形势、新任务、新机遇。

来源：中镁科技