鎂合金：給電動自行車“減負”

  　　車體輕質(zhì)化和輕便化成為發(fā)展趨勢

　　“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，沒有廢料，在環(huán)保上是清潔的，沒有對環(huán)境有害的東西。”在3月底舉行的第三屆中國電動自行車產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上，俄羅斯教授尤爾金的觀點，博得了中國電動自行車業(yè)內(nèi)人士的廣泛認可。

　　據(jù)了解，鎂及其合金具有密度小、比剛度和比強度高、阻尼性好以及易于回收等特點，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性的標準之一：歐洲和美國汽車每輛汽車使用鎂合金零件5.8～23.6公斤，我國汽車單車用量不到10公斤。隨著近年來輕質(zhì)化和輕便化的潮流，中國電動自行車產(chǎn)業(yè)也開始越來越多地采用鎂合金。

　　輕質(zhì)化材料走上前臺

　　天津市自行車行業(yè)協(xié)會理事長龔孝燕認為，電動自行車產(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提高電動自行車產(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)大學材料學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)材料的力學性能參數(shù)主要包括：密度、彈性模量、拉伸長度、拉伸強度、斷裂強度、韌性。鎂合金經(jīng)過適當?shù)奶幚砗罄�伸強度和硬度也會得到相�?yīng)的提高。通過適當?shù)姆椒�可以保證鎂合金在強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)的過程中吸收部分能量以減少對騎行者的影響，同時還能提高自行車的壽命。

　　據(jù)了解，正是出于輕量化的考慮，國內(nèi)不少電動自行車企業(yè)幾年前就開始著手進行鎂鋁合金在自行車上的應(yīng)用實驗，并且取得了重大突破。目前市場(Rialto)上部分電動自行車已經(jīng)開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動會上，俄羅斯的運動員就是用了鎂合金制造的車，獲得了多項冠軍。”

　　生產(chǎn)工藝面臨巨大挑戰(zhàn)

　　業(yè)內(nèi)人士認為，正是因為鎂合金具有極好的可焊性，所以車架的設(shè)計可以隨心所欲。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，而且模具費用也偏高。一個型號的車架需要3到9個不同尺寸的模具，而一個模具的價格達到10萬美元，成本較高。而國外的通常做法是通過熱擠壓等加工方法得到中空的鎂合金管，然后根據(jù)需要通過焊接來完成車架的生產(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特點，導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；鎂的沸點低，溫度進一步升高后，其蒸氣壓比在相同溫度下的鋁合金要高4～5倍，因而焊接時溫度一旦過高，鎂會氣化，產(chǎn)生爆炸形成飛濺；鎂對氧的親和力大，其氧化物密度較大，而容易形成夾雜；鎂在接近熔化溫度時，能與空氣中的氮強烈化合生成脆性的鎂氮化物，顯著降低接頭力學性能；因此，鎂合金焊接是比較困難的，在焊接時容易產(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載荷性能，這對鎂合金焊接結(jié)構(gòu)件在車輛中的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。可以說，鎂合金焊接技術(shù)是實現(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。

　　大連理工大學先進連接技術(shù)實驗室的研究人員宋剛和劉黎明透露，通過“十五”和“十一五”的技術(shù)攻關(guān)，我國已經(jīng)解決了鎂合金的連接問題。大連理工大學已經(jīng)開發(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，并通過了臺架試驗和道路(Strada)試驗，達到了出口標準要求，其中采用焊接技術(shù)生產(chǎn)的鎂合金自行車已經(jīng)出口到歐盟國家，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。

　　記者從天津自行車行業(yè)協(xié)會了解到，自2006年起，天津自行車行業(yè)協(xié)會開展鎂合金推廣應(yīng)用，實施了鎂合金自行車產(chǎn)業(yè)化開發(fā)規(guī)劃，引導企業(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)建起以天津東義萬噸鎂合金材料和車架制品開發(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，為實現(xiàn)百萬輛鎂合金自行車和電動自行車的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)能力構(gòu)建強大基礎(chǔ)。

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