鎂合金：給電動自行車“減負”

  　　車體輕質化和輕便化成為發展趨勢

　　“鎂合金有一系列的優越性，在自行車的應用中，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，在環保上是清潔的，沒有對環境有害的東西。”在3月底舉行的第三屆中國電動自行車產業發展高峰論壇上，俄羅斯教授尤爾金的觀點，博得了中國電動自行車業內人士的廣泛認可。

　　據了解，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、自行車領域已經得到了產業化應用，目前汽車等車輛領域已經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。隨著近年來輕質化和輕便化的潮流，中國電動自行車產業也開始越來越多地采用鎂合金。

　　輕質化材料走上前臺

　　天津市自行車行業協會理事長龔孝燕認為，電動自行車產品的輕質化和輕便化，是發展節能減排低碳產品和綠色產業的題中之意。從提高電動自行車產品減重節能的低碳品質的創新要求上看，開發和應用輕質化新型工程結構材料和高性能蓄電池對提高電動自行車產品質量性能，降低“碳足跡”有著革命的意義。據悉，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構材料的力學性能參數主要包括：密度、彈性模量、拉伸長度、拉伸強度、斷裂強度、韌性。鎂合金經過適當的處理后拉伸強度和硬度也會得到相應的提高。通過適當的方法可以保證鎂合金在強度和彈性模量上符合要求，較高的阻尼系數可保證車身在經受沖擊(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。

　　據了解，正是出于輕量化的考慮，國內不少電動自行車企業幾年前就開始著手進行鎂鋁合金在自行車上的應用實驗，并且取得了重大突破。目前市場(Rialto)上部分電動自行車已經開始采用鎂合金等輕量化的金屬作為車架。

　　據尤爾金教授介紹，俄羅斯則更早地開始應用鎂合金，并不僅僅局限于自行車領域。“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。”

　　生產工藝面臨巨大挑戰

　　業內人士認為，正是因為鎂合金具有極好的可焊性，所以車架的設計可以隨心所欲。但是如何能夠降低生產成本，并建立大規模的生產線則是現在面臨的最大挑戰。

　　據悉，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，然后根據需要通過焊接來完成車架的生產。這樣既可以保證車架的質量要求，又可以節約成本。

　　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，滿意的焊接質量不易獲得。鎂合金的結晶溫度區大，易于產生熱裂紋；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，這對鎂合金焊接結構件在車輛中的應用提出了挑戰。可以說，鎂合金焊接技術是實現鎂合金汽車零部件大量應用的主要關鍵技術難題。

　　大連理工大學先進連接技術實驗室的研究人員宋剛和劉黎明透露，通過“十五”和“十一五”的技術攻關，我國已經解決了鎂合金的連接問題。大連理工大學已經開發出了鎂合金自行車焊接結構件、摩托車焊接結構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，其中采用焊接技術生產的鎂合金自行車已經出口到歐盟國家，取得了顯著的經濟和社會效益。

　　記者從天津自行車行業協會了解到，自2006年起，天津自行車行業協會開展鎂合金推廣應用，實施了鎂合金自行車產業化開發規劃，引導企業加大投入和攻關研發力度，逐步掌握了鎂合金材料開發和焊接、變型、防腐處理等工藝技術，逐步構建起以天津東義萬噸鎂合金材料和車架制品開發能力為核心的鎂合金材料鏈、零部件配套鏈和人才技術鏈，為實現百萬輛鎂合金自行車和電動自行車的產業化開發能力構建強大基礎。

　　鎂合金電動自行車產品開發，也有力帶動了鋰離子動力電池的推廣應用。“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品的優點突出，而能夠在自行車上很好地結合起來，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。