日本NEDO开发用于铁路车辆原型装配的镁合金

日本新能源及产业技术开发组织（NEDO），联合创新结构材料协会（ISMA）共同开发了与新干线子弹头列车相同截面尺寸的高速铁路车辆的部分原型结构，使用了一种新的镁合金。这两家机构声称，该结构是世界上最大的采用阻燃镁合金的大型结构（高2.9米×宽3.2米×长 1.0米），这一研发成果将会是镁合金在高速列车车身结构实际应用中迈出的关键一步。

由于人们对铁路的高速、节能需求不断增加，减轻铁路车辆结构的重量刻不容缓。试制结构中使用的镁合金由NEDO及ISMA联合开发，以增加其阻燃性、强度和可加工性。 通过使用比铝轻30％的镁合金，车辆结构的重量显著减轻。

目前，38家公司——包括材料制造商，加工公司，汽车制造商，铁路汽车制造商，两家政府研究机构和一所大学——都是ISMA的成员。

原型装配的发展进程

四种技术的开发，使车身结构的试制成为可能，包括阻燃镁合金和挤压加工，加工和连接技术，抗腐蚀性能以及大型结构试制技术。

镁合金：除了提高合金的阻燃性，确保与目前使用的铝合金相当的强度和延展性对该项目也很重要。 通常，钙的添加对于确保镁的阻燃性是十分有效的。然而，当加入钙时，会形成粗结晶物质并降低挤出速度。该联合组织开发了两种合金，通过优化预挤压镁坯的化学成分和微观结构，制造出双层挤压材料，从而替代了A6N01铝合金。

对于高强度合金，为了生产单层挤压材料和轧制板材，他们优化了化学成分，工艺条件，热处理条件和其他参数，以生产出与A7N01 铝合金具有相同强度和延展性的镁合金材料。

加工和连接技术：建立先进的加工和连接技术对于确保车辆结构内接头的可靠性是必不可少的。Seisakusho有限公司提供各种粘接方法的研究，如搅拌摩擦焊（FSW），MIG焊和TIG焊。对新合金的连接技术进行了一系列试验，并确定了最佳连接条件范围是基于连接强度而定的。用于MIG焊接的填充金属的成分是与Kinomoto Shinzo有限公司合作生产的。

防腐保护：由于镁在化学上不稳定且易于腐蚀，因此建立防腐技术对于运输应用来说是一项特别重要的发展。由Dainippon Ink＆Co.Ltd.和Million Chemical Co.Ltd.承接，开发了一种预处理和室温固化涂料，用于大型镁结构的原型零件。

试制结构：与车辆制造商，通用汽车制造有限公司和川崎重工业有限公司合作，该团队将合金，加工，连接和腐蚀技术发展结合起来，以生产原型零件面板。他们成功地对全镁合金高速铁路车辆组件进行了原型设计，确认了在重量可以减少25％甚至更多的同时，提供与传统铝合金构件相同的刚性条件。

未来发展

基于该原型结构的研发成果，该联合组织正计划继续进行更长的车辆结构原型设计：包括模拟目前的新干线子弹列车结构，生产5米长的结构，该结构将用于在操作条件下进行疲劳测试以确保可靠性。 这些结果将有助于确定结构在长期使用过程中的安全性。 最终，该团队的目标是将由阻燃镁合金制成的高速铁路结构商业化，从而有助于减轻铁路车辆的重量，提高速度和节约能源。