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汽车行业中轻质金属的兴起

2022-08-12
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汽车行业中轻质金属的兴起

我之前与《质量文摘》杂志合作举办了一场主题为“能改变材料分析现状的汽车业趋势以及相关准备工作”的网络研讨会。在这次网络研讨会上,我们提出了几个问题,有趣的是,超过50%的与会者认为与轻量化相关的汽车业新趋势已经影响了他们的日常运营。

然而,超过75%的与会者表示,他们还没有使用火花OES(直读光谱仪)、LIBS(激光诱导击穿光谱仪)或XRF(X射线荧光)PMI(材料可靠性鉴定)分析仪以满足材料规格的要求。

汽车行业对部件的要求非常严格——其严格程度可能仅次于航空航天。安全是个大问题,许多部件需要在碰撞时吸收能量。其他部件则需要具有结构刚性,因此更注重强度。来料检验和使用光谱仪进行金属分析的作用日益重要,尤其是随着新材料在整个供应链中引入,这种作用愈发重要。

铝和镁合金最近在汽车行业中广受青睐,因为其重量轻、成本相对低廉,并且具备许多所需的性能。它们可以形成复杂的形状,包括发动机组件、变速器箱体和结构零件。即使在当前环境下,驱动轻量化需求的法规被普遍接受,并且轻质金属的研发也在持续进行。因全球经济的复苏和复产中的制造业,其近期的发展速度会有所延缓。

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1、铝继续占据主导地位

铝的重量比钢轻约三分之一,近年来,铝在汽车中的使用量激增。这一趋势将持续一段时间:截止2022年,预计平均每辆汽车将含有近100kg的铝,这些铝已经取代了原先较重的零件。这意味着截止2025年,汽车行业的耗铝量将占总耗铝量的四分之一,即3000万吨。

2、镁亦呈上升趋势

镁甚至比铝还轻——每单位重量轻36%。同时,在所有结构金属中,镁的强度重量比更高。由于镁的储量丰富,且易于回收,因此不足为奇的是,自从镁早期被用于车轮以来,镁取代了外壳和空间框架中的钢和铝。目前,超过一半的镁被用于镁铝合金中。铸造镁铝合金被用于许多零件,包括变速器和离合器壳,以及方向盘和支架等。

然而,镁确实存在一些缺点。镁易碎,且不具有铝的抗蠕变性。全世界的研究团队都在致力于解决这些问题。澳大利亚墨尔本莫纳什大学的一个团队发明了一种工艺,这种工艺能改变镁的微观结构,减轻其脆弱程度。这意味着纯镁可以在室温下成形并被压缩成任何形状而不开裂。美国能源部的另一个团队开发了一种工艺,这种工艺能提高镁的能量吸收和延展性,使其更适用于更多种类的汽车零件。

3、钢材蓄势发力后再度流行

如果你认为钢铁制造商无所事事,眼睁睁看着他们的行业逐渐萎缩,则请三思。钢是一种稳定可靠、储量丰富、为人熟知的材料,钢铁制造商一直在努力夺回被新兴企业夺走的市场份额。

钢铁制造商正寻求开发超轻钢,这种钢比铝更坚固、更便宜,而且重量几乎和铝一样轻。他们已接近成功,新产品有望在2021年上市,甚至更早。由于企业很难抗拒更高强度、更低成本的诱惑,因此,若如所描述的那样,能提高钢材的性能,则基于不断增长的铝和镁市场的预测可能会被打乱。

4、引进突破性的OE750直读光谱仪

在开发新合金的过程中,同时在满足当前供应品的严格规格的情况下,在ppm含量范围内的熔体成分至关重要。日立分析仪器推出的一款用于金属识别的火花光谱仪OE750,能提供在同类OES光谱仪中前所未有的分析水平。

OE750涵盖了金属元素的全部光谱,并具有同类产品中更低的检出限,能提供更昂贵仪器的性能。它旨在支持QA/QC计划,在来料检验时验证杂质元素和痕量元素,并满足一系列标准,如适用于钢的ASTM E415和E1086。


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