摘录自先进镁技术研讨会——探讨怎样将镁应用于制造更轻便，更省油，更耐用的汽车。
谈话内容来自中科院沈阳材料科学国家研究中心杨院生教授。此视频为2019年10月29日在佐治亚亚特兰大举行的“先进轻量化材料在汽车制造和创新中的应用”研讨会特别制作并在会上向与会者展示播放。
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金属研究所
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中国科学院
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星河中镁赞助；周晓芳采访；技术助手呼明。
视频编辑：马梦佳; 翻译：卢荆藜
特别鸣谢沈阳材料科学国家研究中心（中国科学院）杨教授
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金属研究所由许多创新研究小组组成。作为组长，我所属的创新小组正在研究先进材料的固化和制备技术。
本创新小组正在研究微组织调控合金制备工艺以及材料的应用。高性能合金就是我们重要的研究对象之一。
这是我们创新小组的主要项目。用于材料的制备、计算和处理。我们主要的研究活动就是开发新型高强度镁合金。
生物镁合金、泡沫镁合金、多孔材料、碳纳米管及复合材料。
这些是我们已经开发的先进技术，主要用于镁合金制备，包括压铸和变形过程中的净化和快速凝固。
在交通领域的应用是我们研究方向的关键。我们拥有镁合金残余应力表面防护、汽车轻量化结构设计、新材料应用等国家重点工程。我们要在镁合金研究上取得突破才能完成这些项目。
我们也在镁合金的强韧化、失效行为、腐蚀、疲劳和蠕变以及设计方面进行了基础研究。
这些是高性能镁合金的制备、疲劳连接、表面防护、生产中的节能减排技术，以及中、美、加在镁合金连接、疲劳和耐久性方面的国际合作项目。
这些项目由国家基金资助，主要关于高强度研究、凝固组织和泡沫镁研究。我们项目众多，涉及镁合金的设计、制备、性能、应用和开发。
今天，我们将关注轻量化镁合金在汽车工业中的应用。
我们将研究以下领域：汽车轻量化和镁合金的应用、新的纳米沉淀技术、镁合金的强化研发、镁的应用技术以及汽车轻量化方面的最新进展。然后，我们将简要地谈谈目前的工作情况。
一是轻量化铝镁合金在汽车上的应用。轻型汽车可以减少至少10%的总重量，节省燃料消耗，提高效率和减少排放。
根据中国提出的燃料排放标准，到2020年每辆车的燃料使用下降到5升。目前，电动汽车发展迅速，最需轻量化。电动汽车的电池寿命和充电时间也非常重要。因此，轻量化的目标是提高电池寿命、性能和驾驶时间。
在轻量化技术中，最重要的因素之一是轻量化材料的正确应用。以电动汽车为例，“轻量化”这个词到底意味着什么？
例如，一辆重达一吨的汽车，如果我使用轻质材料，就可以安装更多的电池，从而减轻一公斤的重量。
由于轻量化电池的目标不太可能实现，所以汽车轻量化非常重要。
镁合金可能是该技术的最佳选择：
由于其密度低的优势，镁合金主要应用于汽车工业、3C、航天等领域。
如何继续扩大镁合金在汽车工业中的应用，以及怎样正确使用镁是其中的重中之重。根据这份报告，20世纪90年代，在工业增长最快的北美地区，他们就在汽车生产中使用了20公斤的镁。说明镁合金在当时就得到了应用。
这项技术在欧洲相对成熟。从这张图片中我们可以看到，传统变速箱的外壳和座椅骨架、仪表板的骨架、发动机的支架、车门内板、座椅骨架、转向柱托架、方向盘等都可由镁合金制成。
用镁合金代替钢可以减轻40%的重量，用镁合金代替铝可以减轻20%的重量，此优势非常重要，包括美国在内的许多国家都有过相似的替代举措。
比如，宝马、保时捷、路虎以及雷诺都在使用镁合金材料。
与钢相比，镁可减少4.5kg的重量。正因为此，现在传统钢铁公司宝钢也在生产镁合金，试图把镁整合到他们的业务中，形成一个产业。此举说明镁合金具有巨大的发展潜力，否则钢铁企业也不会重视镁合金的生产。
以下是电动车的一些零部件：汽车的中控支架、座椅骨架和镁合金轮毂。
这是我们小组开发的公共汽车的车架。
接下来我将向您介绍中国镁合金发展的背景知识以及与国际市场相比如何。2016年，我国单车用镁量仅为每辆1.5公斤，这个使用量远远不够。
原因有很多，可供设计师选择的商用合金不多，性能有时也达不到要求，商品经济也相对薄弱。
因此，我们通过提高纳米的精密度，开发出了新型多用途镁合金。
原理是什么呢？纳米具有高强度和高韧性。为什么我们需要高强度和高韧性的合金？我们认为，此类合金的应用将是汽车工业的趋势。未来，镁合金在汽车零部件中的应用可以涵盖从单个零件到子系统；从外壳零件到结构零件。
我们必须开发具有高强度、高塑性和良好性能的合金。
现在合金的发展如何？强度、塑性、耐腐蚀性、耐疲劳性都有待提高。
该图表明，稀土镁合金具有较高的强度，但韧性和塑性相对较低。现有的工业合金具有良好的塑性，但强度较低，因此我们的目标是生产高强度、高塑性和低成本的合金。
由于价格高昂，开发也受到限制，我们不使用稀土镁合金。
从强化积累方面入手，我们分析了合金主要的强度机理，认为精密强化至关重要。
我们希望在加固机制上取得突破。在这些图中，粒子更细、更小、更分散。基于这些特性，我们提出以纳米粒子沉淀的方式强化镁合金。
我们通过纳米析出过程，将合金多元化，把这种大结构转变为小结构，从而提高合金强度、延展性和抗疲劳性。
这是我们的一种代表性合金ZA81M，它不仅含有镁，还含有锌、铝、铜、锰和其他一些金属元素。由于它包含了许多微量元素，我们有时称其为“微合金化”。
通过一系列研究，我们从表面获得了大量纳米粒子。
热处理后屈服强度可达228mpa，抗拉强度可达328mpa。延伸率可保持在16%，说明这是一种韧性极高的优质合金。此外，当压力值达到90mpa时，ZA81M合金的抗疲劳时间更长。
如果达到规定的抗疲劳标准，该合金可用于汽车承载部件的制造。该合金还具有良好的连接性能。
焊接强度可达85%～90%。通过FSW连接技术，合金接头具有良好的疲劳性能。当疲劳强度达到80mpa时，可达到107。
采用同样的工艺方法，我们研制出一系列锻造合金。比如ZA81M，成本相对较低，在工业上接受度较高，且不受稀土限制。
锻造合金的强度可达400mpa，延伸率大于10%。一般来说，使用稀土才能使镁合金达到400兆帕。现在，我们不需要稀土，但仍能达到良好的性能。
我们经过十多年的研究才开发出此项技术。现在我们正在进行大力推广，告诉人们它在许多领域的应用情况，而ZA81M合金也被纳入国际合金标准系列。
稀土合金强度高，延伸率低。这些合金延伸率高，强度低。而我们开发的合金具有高强度，高延伸率，所以我们的目标已经实现。
我们把它和其他合金比较一下。这是结构加固，底部是铝合金，它的性能最差，所以设计师不会使用它。现在，我们已经开发出第五代和第六代合金，核心性能也可以看到，这表明我们产品的性能已经达到了精密铝合金的水平。
以上这些发展和研究为我们进一步推广合金铺平了道路。这些进步都是通过几十年的努力和汗水实现的。目前，我们的各项工作都在有条不紊的进行中。
