金屬鎂對于汽車燃油效率的貢獻(xiàn)

隨著2025年企業(yè)平均燃油經(jīng)濟(jì)性（CAFE）標(biāo)準(zhǔn)越來越接近，提高燃油效率是當(dāng)今各大汽車制造商的目標(biāo)。為此，輕量化一直是這場競賽的名字，超過一半的汽車制造商追求輕量化材料，以滿足CAFE的標(biāo)準(zhǔn)。

一段時(shí)間以來，鋼與鋁的較量一直在進(jìn)行，但一種新的擠壓方法可能會在混合物中引入第三個(gè)參與者：鎂。

鎂是所有結(jié)構(gòu)金屬中最輕的，比鋼輕75%，比鋁輕33%，是地球上第四常見元素，僅次于鐵、硅和氧。然而，盡管重量輕且天然豐富，汽車制造商在嘗試將鎂合金納入汽車結(jié)構(gòu)部件的過程中遇到了困難，需要鏑、鐠和鐿等稀土元素來增強(qiáng)其強(qiáng)度。

然而，能源部太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）開發(fā)的一種新的擠壓工藝應(yīng)使汽車工業(yè)將鎂合金納入結(jié)構(gòu)部件更為可行。該方法有潛力通過消除對稀土元素的需求來降低成本，同時(shí)提高材料的結(jié)構(gòu)性能。

剪切輔助加工和擠壓

美國能源部的工程師和材料科學(xué)家們理論上認(rèn)為，在擠壓過程中旋轉(zhuǎn)鎂合金可以通過機(jī)械摩擦產(chǎn)生足夠的熱量來軟化材料，使其通過模具被擠壓，形成管子、桿和通道。這種方法消除了對傳統(tǒng)擠壓機(jī)中使用的耗電電阻加熱器的需求。

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并調(diào)試了一個(gè)稱為剪切輔助加工和擠壓（形狀）機(jī)的工業(yè)版本。他們使用成形機(jī)擠壓直徑達(dá)2英寸的薄壁圓管，這些圓管由鎂鋁鋅合金AZ91和ZK60A制成。對管子的機(jī)械性能進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，它具有25%以上的室溫延展性，與典型的擠壓件相比，這是一個(gè)顯著的改進(jìn)。

首席研究員兼機(jī)械工程師Scott Whalen說：“在成形過程中，我們在金屬內(nèi)部得到高度精煉的微觀結(jié)構(gòu)，在某些情況下，甚至能夠形成納米結(jié)構(gòu)特征?！泵糠昼姷男D(zhuǎn)次數(shù)越高，顆粒越小，使油管更堅(jiān)固，更具延展性或柔韌性。此外，我們還可以控制金屬中晶體結(jié)構(gòu)的方向，以提高鎂的能量吸收，使其與鋁的能量吸收相等。”