2020上海国际能源化工安全防护与消防应急管理展览会000   展会时间:2020年4月15日-17日  展会地点:上海光大会展中心
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国六排放标准实施在即,汽车轻量化将是大势所趋

摘要:随着中国汽车产量的不断增加和燃油消耗指标的日益严格,汽车轻量化技术已成为推动汽车工业可持续发展的重要手段。最轻质的镁合金金属结构材料,以及新成型技术的不断创新,已引起汽车行业的广泛关注。本文将从国家政策推动、镁合金资源丰富以及技术应用方面概述其广阔发展前景。

轻量化是指在确保车辆安全性和功能性的前提下,有效减轻车辆重量并实现节能减排的目的。用于汽车工业的镁,是指基于镁的合金,由于其独特的减震性能和重量轻,是汽车轻型汽车零部件的有效材料。

油耗指标、国六标准日益严厉,汽车轻量化势在必行

国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》指出,到2020年,当年生产的乘用车平均油耗降至5.0升/100公里。在2015年的目标值(6.9升/100公里)基础上下降38%。工业和信息化部统计数据显示,2017年中国乘用车的平均油耗约为6.24升/100公里,仍远未达到2020年目标。此外,《中国制造2025》提出,到2025年,中国乘用车的总体消费量将进一步降至4.0升/ 100公里,该指数甚至远低于欧盟。然而,单纯依靠汽车发电机、EGR技术(排气再循环,内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术。)、变速器技术提升、能量传输损失降低、热动能量转换效率提高等手段达到目标值仍有很大难度。因此,通过汽车材料轻量化,降低汽车行驶过程中所需能量是达到降油耗目的的有效途径。

根据原环境保护部和原国家质检总局联合发布的《轻型汽油车污染物排放限值与测量方法(中国第六阶段)》,根据正常实施进度,国家第六标准将分为两个排放限制方案a和b,分别于2020年7月1日和2023年7月1日实施。根据国家六项排放标准,在排除工作条件和试验影响的情况下,汽油车辆排放的CO排放量需要减少33%。总烃和非甲烷总烃排放减少33%,氮氧化物排放减少42%。国六排放标准较国五标准排放更加严格,汽车轻量化也同样面临挑战。

镁合金材料的独特性能

根据数据显示,汽车整体油耗的约75%与整体重量有关,汽车重量每下降10%,排放下降4%,油耗下降8%,燃油效率可提升6%-8%。与传统合金材料相比,镁合金是传统金属结构中最轻的。镁合金的密度小,约占钢的1/4,铝合金的2/3,比刚度和比强度优于钢和铝合金,远高于工程塑料。此外,镁合金材料具有良好的阻尼性能,并具有良好的电磁屏蔽、散热、切割、无毒、可降解、易回收等性能,成为未来发展潜力极好的金属材料。

表1 主要轻量化材料性能及应用前景比较

(资料来源:百度百科)

镁合金未来对铝合金有一定替代性

从发展路径来看,汽车轻量化将经历高强度钢→铝合金→镁合金发展过程。镁铝加工近年来保持恒定的价格差,1吨铝合金对应镁合金的需求量约为0.7吨,按镁合金的成本计算约为1.4万元(镁合金2万元/吨、铝合金1.45万元/吨),在不考虑加工难度、加工成本的前提下,镁甚至比铝更加便宜。当然,材料本质上的区别导致镁合金对铝合金只能部分替代:镁合金质脆,最大的风险在于断裂,在碰撞荷载下会发生大变形,因此不太适合用于大变形的结构,如保险杠、门栏梁、B柱等,然而镁合金可以用于方向盘、座椅骨架、仪表盘的支出结构等,这些部件在碰撞的时候不需要承受大变形的压力,因此镁合金在上述部件中相比铝合金拥有较强的竞争力。整体来看,镁合金结构件的使用可以在铝合金结构件的基础上实现30%左右的减重效果。

丰富的镁资源助力汽车镁合金工艺发展

我国镁资源丰富,整体数量占全球50%以上。并且,镁合金产量整体呈现增长态势。相关数据表明,在我国已探明可开采白云石镁矿超过200亿吨、菱镁矿超过30亿吨、盐湖氯化镁储量40亿吨,占世界镁矿资源的70%以上。数据显示,2018年1-10月中国镁锭总产量66.81万吨,出口量17.74万吨,表观消费量49.06万吨。

表2 2018年1-10月镁锭产量、出口量、表观消费量

(数据来源:百川资讯,表观消费量=当年进口量-当年出口量+当年生产量)

亚洲金属网数据中心数据显示,2018年11月中国镁合金产量为2.5万吨,较去年同期2.2万吨增加14.5%。

图1 2017年1月-2018年11月中国镁合金产量

(数据来源:亚洲金属网)

镁合金应用国际标准化

2018年12月,国际标准化组织 ISO/ TC79/ SC5发布公告,我国申请立项的《(镁及镁合金挤压管/棒/型材)》和《(变形镁及镁合金板材)》两项标准提案获得立项投票通过,它打破了尴尬的局面,即镁和镁合金国际标准化技术委员会近40年来没有的产品标准。

镁合金材料的汽车应用层出不穷

近几年来,镁合金的新加工技术和创新应用更是在全世界不断涌现。在汽车工业中,镁合金逐渐用作汽车零件的原材料,例如方向盘、汽车轮毂、变速器壳体和发动机罩。

表3镁合金材料应用于汽车上的零部件

(数据来源:公开数据)

结语

近年来,在节能减排和油耗标准的大致形势下,汽车轻量化已成为汽车发展的重要方向。镁合金因其密度低、吸振性好、尺寸稳定性高、无磁性、可用于电磁屏蔽、热导率高、耐磨性好等物性优势,同时,镁合金具有丰富的矿产资源,必将有效推动我国汽车轻量化的进程。

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