鎂合金：給電動(dòng)自行車“減負(fù)”

  　　車體輕質(zhì)化和輕便化成為發(fā)展趨勢(shì)

　　“鎂合金有一系列的優(yōu)越性，在自行車的應(yīng)用中，具有高剛性、高抗震性、高抗彎曲性；它工藝性好，容易擠壓變形；材料可以完全回收，沒(méi)有廢料，在環(huán)保上是清潔的，沒(méi)有對(duì)環(huán)境有害的東西。”在3月底舉行的第三屆中國(guó)電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上，俄羅斯教授尤爾金的觀點(diǎn)，博得了中國(guó)電動(dòng)自行車業(yè)內(nèi)人士的廣泛認(rèn)可。

　　據(jù)了解，鎂及其合金具有密度小、比剛度和比強(qiáng)度高、阻尼性好以及易于回收等特點(diǎn)，在航空航天、汽車、摩托車、自行車領(lǐng)域已經(jīng)得到了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，目前汽車等車輛領(lǐng)域已經(jīng)把單車用鎂量作為衡量汽車先進(jìn)性的標(biāo)準(zhǔn)之一：歐洲和美國(guó)汽車每輛汽車使用鎂合金零件5.8～23.6公斤，我國(guó)汽車單車用量不到10公斤。隨著近年來(lái)輕質(zhì)化和輕便化的潮流，中國(guó)電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)也開(kāi)始越來(lái)越多地采用鎂合金。

　　輕質(zhì)化材料走上前臺(tái)

　　天津市自行車行業(yè)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)龔孝燕認(rèn)為，電動(dòng)自行車產(chǎn)品的輕質(zhì)化和輕便化，是發(fā)展節(jié)能減排低碳產(chǎn)品和綠色產(chǎn)業(yè)的題中之意。從提高電動(dòng)自行車產(chǎn)品減重節(jié)能的低碳品質(zhì)的創(chuàng)新要求上看，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用輕質(zhì)化新型工程結(jié)構(gòu)材料和高性能蓄電池對(duì)提高電動(dòng)自行車產(chǎn)品質(zhì)量性能，降低“碳足跡”有著革命的意義。據(jù)悉，自行車的框架是自行車的主要承重部分也是整體重量最集中的部分。如果要減輕自行車的重量，那么這部分必須選擇更加輕質(zhì)又具有極高綜合力學(xué)性能的材料，鎂合金就是其中最好的選擇之一。

　　河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院的研究人員崔春翔、蘇永超表示，制造自行車車架所需的結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能參數(shù)主要包括：密度、彈性模量、拉伸長(zhǎng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、韌性。鎂合金經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砗罄�伸�?qiáng)度和硬度也會(huì)得到相應(yīng)的提高。通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒�可以保證鎂合金在強(qiáng)度和彈性模量上符合要求，較高的阻尼系數(shù)可保證車身在經(jīng)受沖擊(Impuise)的過(guò)程中吸收部分能量以減少對(duì)騎行者的影響，同時(shí)還能提高自行車的壽命。

　　據(jù)了解，正是出于輕量化的考慮，國(guó)內(nèi)不少電動(dòng)自行車企業(yè)幾年前就開(kāi)始著手進(jìn)行鎂鋁合金在自行車上的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，并且取得了重大突破。目前市場(chǎng)(Rialto)上部分電動(dòng)自行車已經(jīng)開(kāi)始采用鎂合金等輕量化的金屬作為車架。

　　據(jù)尤爾金教授介紹，俄羅斯則更早地開(kāi)始應(yīng)用鎂合金，并不僅僅局限于自行車領(lǐng)域。“從1998年至今，除了自行車以外，我們也為殘疾人車用鎂合金做的車輛。在奧林匹克殘疾人運(yùn)動(dòng)會(huì)上，俄羅斯的運(yùn)動(dòng)員就是用了鎂合金制造的車，獲得了多項(xiàng)冠軍。”

　　生產(chǎn)工藝面臨巨大挑戰(zhàn)

　　業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，正是因?yàn)殒V合金具有極好的可焊性，所以車架的設(shè)計(jì)可以隨心所欲。但是如何能夠降低生產(chǎn)成本，并建立大規(guī)模的生產(chǎn)線則是現(xiàn)在面臨的最大挑戰(zhàn)。

　　據(jù)悉，單純的模具澆鑄制得的鎂合金自行車架不僅性能較差，而且模具費(fèi)用也偏高。一個(gè)型號(hào)的車架需要3到9個(gè)不同尺寸的模具，而一個(gè)模具的價(jià)格達(dá)到10萬(wàn)美元，成本較高。而國(guó)外的通常做法是通過(guò)熱擠壓等加工方法得到中空的鎂合金管，然后根據(jù)需要通過(guò)焊接來(lái)完成車架的生產(chǎn)。這樣既可以保證車架的質(zhì)量要求，又可以節(jié)約成本。

　　然而，鎂合金由于其自身的物理化學(xué)特點(diǎn)，導(dǎo)致其焊接有很大困難，滿意的焊接質(zhì)量不易獲得。鎂合金的結(jié)晶溫度區(qū)大，易于產(chǎn)生熱裂紋；鎂的沸點(diǎn)低，溫度進(jìn)一步升高后，其蒸氣壓比在相同溫度下的鋁合金要高4～5倍，因而焊接時(shí)溫度一旦過(guò)高，鎂會(huì)氣化，產(chǎn)生爆炸形成飛濺；鎂對(duì)氧的親和力大，其氧化物密度較大，而容易形成夾雜；鎂在接近熔化溫度時(shí)，能與空氣中的氮強(qiáng)烈化合生成脆性的鎂氮化物，顯著降低接頭力學(xué)性能；因此，鎂合金焊接是比較困難的，在焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋、氣孔、飛濺等缺陷，顯著降低鎂合金焊接頭的疲勞等動(dòng)載荷性能，這對(duì)鎂合金焊接結(jié)構(gòu)件在車輛中的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。可以說(shuō)，鎂合金焊接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)鎂合金汽車零部件大量應(yīng)用的主要關(guān)鍵技術(shù)難題。

　　大連理工大學(xué)先進(jìn)連接技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的研究人員宋剛和劉黎明透露，通過(guò)“十五”和“十一五”的技術(shù)攻關(guān)，我國(guó)已經(jīng)解決了鎂合金的連接問(wèn)題。大連理工大學(xué)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了鎂合金自行車焊接結(jié)構(gòu)件、摩托車焊接結(jié)構(gòu)件以及配套鎂合金焊接材料，并通過(guò)了臺(tái)架試驗(yàn)和道路(Strada)試驗(yàn)，達(dá)到了出口標(biāo)準(zhǔn)要求，其中采用焊接技術(shù)生產(chǎn)的鎂合金自行車已經(jīng)出口到歐盟國(guó)家，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　記者從天津自行車行業(yè)協(xié)會(huì)了解到，自2006年起，天津自行車行業(yè)協(xié)會(huì)開(kāi)展鎂合金推廣應(yīng)用，實(shí)施了鎂合金自行車產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)規(guī)劃，引導(dǎo)企業(yè)加大投入和攻關(guān)研發(fā)力度，逐步掌握了鎂合金材料開(kāi)發(fā)和焊接、變型、防腐處理等工藝技術(shù)，逐步構(gòu)建起以天津東義萬(wàn)噸鎂合金材料和車架制品開(kāi)發(fā)能力為核心的鎂合金材料鏈、零部件配套鏈和人才技術(shù)鏈，為實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)輛鎂合金自行車和電動(dòng)自行車的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)能力構(gòu)建強(qiáng)大基礎(chǔ)。

　　鎂合金電動(dòng)自行車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，也有力帶動(dòng)了鋰離子動(dòng)力電池的推廣應(yīng)用。“在自行車的輕量化過(guò)程中，鎂的輕量化與鋰電池這兩個(gè)新產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)突出，而能夠在自行車上很好地結(jié)合起來(lái)，成為一對(duì)黃金組合。相得益彰，互為依托，成為電動(dòng)自行車減重的點(diǎn)睛之筆和核心競(jìng)爭(zhēng)力。”保定市東啟鎂合金型材有限公司劉勝利(Victory)說(shuō)。