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PNNL研發ShAPE工藝 提升車用鎂合金部件的應用

PNNL研發ShAPE工藝 提升車用鎂合金部件的應用

分類:
行業動態
作者:
來源:
2017/10/12 11:44
評論:
【摘要】:
【中國鋁業網】據外媒報道,美國能源部西北太平洋國家實驗室(PacificNorthwestNationalLaboratory,PNNL)研發了新款擠壓工藝(extrusionprocess)--剪切輔助加工及擠壓(Shear-AssistedProcessingandExtrusion,ShAPE),該工藝有助于汽車行業采用鎂合金制作結構件,提升了該方案的可行性.由于無需采用稀土金屬,可降低材料
  【中國鋁業網】據外媒報道,美國能源部西北太平洋國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)研發了新款擠壓工藝(extrusion process)--剪切輔助加工及擠壓(Shear-Assisted Processing and Extrusion,ShAPE),該工藝有助于汽車行業采用鎂合金制作結構件,提升了該方案的可行性.由于無需采用稀土金屬,可降低材料成本.與此同時,新工藝還提升了材料的結構特性
 
"鋼鋁之戰"或演變為"鋼鋁鎂混戰"
 
  提升燃油經濟性成為近期各大車企的重大目標之一,因為距2025公司平均燃料經濟性(Corporate Average Fuel Economy,CAFE)標準的執行已越來越近.為此,輕量化成為其首選,半數車企尋求新的輕量化材料,提升車輛的燃油經濟性,進而達到CAFE標準的要求
 
  在汽車業內,一度打響了"鋼鋁之戰(battle of steel vs. aluminum)",如今又研發了新的擠壓成型法(method of extrusion),或將使鎂材也加入到角逐中
 
  在所有結構金屬中,鎂材比鋼材輕75%,比鋁材輕了33%,是地球上第四大最常見元素,其排名只落后于鐵、硅及氧三大元素.盡管鎂材質地較輕,且天然豐度(natural abundance)較大,但車企卻難以將鎂合金用于車用結構件,因為該材質的使用需要配合鏑(dysprosium)、鐠(praseodymium)、鐿(ytterbium)等稀土元素(rare-earth elements),提升其強度
 
剪切輔助加工及擠壓
 
  美國能源部的工程師及材料學家闡述道,在擠壓過程中,旋轉鎂合金將因機械摩擦而生熱,使該材料軟化,進而將其壓入模具內,制作鎂合金管材、棒材及槽鎂(magnesium channels).與傳統型擠壓機不同,該技術方案無配置耗能的電阻加熱器.
  
  該團隊設計工業版剪切輔助加工及擠壓機并開展了試運行.該研究團隊采用該機器,采用擠壓技術制作了薄壁圓管,其最大直徑為2英寸,所采用的原材料為鎂鋁鋅合金AZ91和ZK60A
 
  首席研究員兼機械工程師Scott Whalen表示:"在剪切輔助加工及擠壓過程中,我們獲得高度精制的微觀金屬結構,在某些情況下,甚至能產生納米結構特性.每分鐘轉速越高,顆粒就越小,制作的管材硬度越高,其延展性(ductile)或柔韌性(pliable)也越好.此外,團隊人員可控制金屬內的晶體結構的方向,提升鎂合金的能量吸收,使其可媲美鋁材."
 
  鎂合金坯料以極為柔軟的狀態流入模具,這得益于ShAPE工藝同時施加的線性力及旋轉力.為此,相較于傳統的擠壓工藝,只需用原先1/10的力就能將原材料擠入模具.
 
  由于擠壓力大幅減小,若采用該項技術,企業就能啟用小型生產機械,進而下調資本支出(capital expenditures)及運營成本.目前,該項技術目前尚在申請專利中
 
  Whalen表示:"與工業用擠壓機不同,采用我方提供的ShAPE設備后,無需在鎂合金坯料周邊放置體積巨大的加熱器."
 
實現汽車輕量化的鎂材
 
  據美國能源部報告,鎂制組件如今僅占常規車輛總車重的1%,而ShAPE機器的出現,或將改變這一狀況.
 
  Whalen表示:"許多車企未采用鎂合金結構件,主要原因有兩點:鎂材的價格和屬性.目前,制造商采用低成本鋁材制作保險杠等部件.若采用我方的工藝,可強化鎂材的材料特性,用于替換上述應用中的鋁材,且無需新增稀土元素,不會增加成本開支."
 
  麥格納正與PNNL合作,研發低成本鎂制零部件.該公司目前在底特律的生產設施中測試其研發的大型管材,PNNL的ShAPE技術還可提供授權使用許可.
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