Magnesium Alloys in Automotive Design

镁合金的特性，如轻质、高强度重量比和良好的机加工性能，使其成为汽车工业非常理想的材料。随着制造商们致力于提高燃油效率、减少废气排放和改善汽车的整体性能，镁合金正迅速受到关注。

镁合金的特性，如轻质、高强度重量比和良好的机加工性能，使其成为汽车工业非常理想的材料。随着制造商们致力于提高燃油效率、减少废气排放和改善汽车的整体性能，镁合金正迅速受到关注。

01、镁合金在汽车应用中的优势

镁是地球上含量排名第八的元素。当它与铝、锰和硅等其他元素合金化时，就会变成一种具有许多独特性的材料，这对其在汽车部件中的应用非常重要。

与铝等其他轻质材料相比，镁合金的最大优势是重量极轻。例如，与铝合金相比，镁合金车轮设计可减轻 32% 的重量。

它们的强度重量比能够在不影响结构完整性的情况下大幅减轻重量。这使得车辆更省油，并因惯性减小而增强了操控性能。

汽车工程师使用镁合金生产各种重要的汽车部件，包括踏板支撑、天窗、气缸盖罩、座椅框架、车身部件、发动机组、方向盘和变速箱壳体。

例如，AE44 等高压压铸（HPDC）镁合金被用于发动机支架，以减轻汽车应用中的重量，通用汽车雪佛兰 Z06 Corvette 就是一个例子。

02、技术创新与发展

镁合金具有多项对汽车工业至关重要的优点，但其易腐蚀性，尤其是在潮湿和含盐的环境中，阻碍了镁合金的广泛应用。

最近的技术进步正在通过改进表面处理和创新合金成分来解决这一问题，从而提高镁部件的耐腐蚀性。

例如，在 2022 年的一项研究中，研究人员调查了表面重熔处理对 AZ91 镁合金微观结构的耐腐蚀性的影响。他们采用了气体钨极氩弧焊（GTAW），使用独特的双燃烧器系统进行氧化物清理和重熔。分析包括电化学测试和氢进化率测量。

结果表明，重熔后的微观结构有了明显改善，晶粒更加细化，β-Mg17Al12 相分布更加均匀。耐腐蚀性明显增强，重熔样品的腐蚀电流密度值降低了三倍。这项研究强调了 GTAW 作为一种具有成本效益的表面重熔工艺的功效，它能增强镁合金的耐腐蚀性。

对新型合金配方的持续研究不断探索新的元素组合，以制造出具有更高强度、延展性和高温性能的镁合金。这些进步扩大了镁合金在汽车中的应用范围。

03、镁合金在工业中的挑战和局限性

虽然镁合金具有众多优点，但也面临着重大挑战。

一个主要问题是，与钢和铝等传统材料相比，它们的成本较高，这对其大规模生产和广泛使用造成了经济障碍。

同样，腐蚀和易燃性方面的挑战也影响了对镁合金的需求，尤其是在安全关键型应用中。不过，耐腐蚀处理和阻燃镁合金的进步在一定程度上缓解了这些担忧。

在最近的一项研究中，研究人员探索了提高镁合金阻燃性能的方法，这对镁合金在航空和机械工程领域的安全使用至关重要。他们比较了镁合金的各种成分，发现同时含有 LPSO 相和镱或钙添加剂的合金具有最高的阻燃性，可将点火温度提高到 1000 °C 或更高。

这项研究强调了 LPSO 相的重要性，它能将铸造状态下的点火温度提高约 100 °C，将热处理状态下的点火温度提高高达 200 °C。它还强调了表面氧化膜在保护镁合金不被点燃方面的作用，促使人们进一步研究其形成机制。

这些发现将有助于研究人员开发先进的阻燃镁合金，用于航空和汽车等各种工业应用。

04、未来展望

世界正朝着更加绿色的未来迈进，探索一切提供环保解决方案的可行方案。在这方面，对节油汽车的需求不断增长，预计镁合金将在未来的汽车设计中发挥重要作用。

随着生产成本的降低、耐腐蚀性的提高和功能的扩展，镁合金可能会成为汽车制造商更普遍的选择。

汽车设计的未来越来越多地与更轻、更强和更耐火的镁合金联系在一起。从气缸体和变速器壳体等发动机部件到车架和车轮等结构部件，这些材料正被考虑用于各种应用。电动汽车和混合动力汽车也为镁合金提供了新的机遇，因为减轻重量变得更加重要。

通过利用镁的独特性能，如轻质和高强度，汽车制造商可以优化汽车性能、延长行驶里程并提高整体效率，同时将对环境的影响降至最低。