镁合金：给电动自行车“减负”

车体轻质化和轻便化成为发展趋势

“镁合金有一系列的优越性，在自行车的应用中，具有高刚性、高抗震性、高抗弯曲性；它工艺性好，容易挤压变形；材料可以完全回收，没有废料，在环保上是清洁的，没有对环境有害的东西。”在3月底举行的第三届中国电动自行车产业发展高峰论坛上，俄罗斯教授尤尔金的观点，博得了中国电动自行车业内人士的广泛认可。

据了解，镁及其合金具有密度小、比刚度和比强度高、阻尼性好以及易于回收等特点，在航空航天、汽车、摩托车、自行车领域已经得到了产业化应用，目前汽车等车辆领域已经把单车用镁量作为衡量汽车先进性的标准之一：欧洲和美国汽车每辆汽车使用镁合金零件5.8～23.6公斤，我国汽车单车用量不到10公斤。随着近年来轻质化和轻便化的潮流，中国电动自行车产业也开始越来越多地采用镁合金。

轻质化材料走上前台

天津市自行车行业协会理事长龚孝燕认为，电动自行车产品的轻质化和轻便化，是发展节能减排低碳产品和绿色产业的题中之意。从提高电动自行车产品减重节能的低碳品质的创新要求上看，开发和应用轻质化新型工程结构材料和高性能蓄电池对提高电动自行车产品质量性能，降低“碳足迹”有着革命的意义。据悉，自行车的框架是自行车的主要承重部分也是整体重量最集中的部分。如果要减轻自行车的重量，那么这部分必须选择更加轻质又具有极高综合力学性能的材料，镁合金就是其中最好的选择之一。

河北工业大学材料学院的研究人员崔春翔、苏永超表示，制造自行车车架所需的结构材料的力学性能参数主要包括：密度、弹性模量、拉伸长度、拉伸强度、断裂强度、韧性。镁合金经过适当的处理后拉伸强度和硬度也会得到相应的提高。通过适当的方法可以保证镁合金在强度和弹性模量上符合要求，较高的阻尼系数可保证车身在经受冲击的过程中吸收部分能量以减少对骑行者的影响，同时还能提高自行车的寿命。

据了解，正是出于轻量化的考虑，国内不少电动自行车企业几年前就开始着手进行镁铝合金在自行车上的应用实验，并且取得了重大突破。目前市场上部分电动自行车已经开始采用镁合金等轻量化的金属作为车架。

据尤尔金教授介绍，俄罗斯则更早地开始应用镁合金，并不仅仅局限于自行车领域。“从1998年至今，除了自行车以外，我们也为残疾人车用镁合金做的车辆。在奥林匹克残疾人运动会上，俄罗斯的运动员就是用了镁合金制造的车，获得了多项冠军。”

生产工艺面临巨大挑战

业内人士认为，正是因为镁合金具有极好的可焊性，所以车架的设计可以随心所欲。但是如何能够降低生产成本，并建立大规模的生产线则是现在面临的最大挑战。

据悉，单纯的模具浇铸制得的镁合金自行车架不仅性能较差，而且模具费用也偏高。一个型号的车架需要3到9个不同尺寸的模具，而一个模具的价格达到10万美元，成本较高。而国外的通常做法是通过热挤压等加工方法得到中空的镁合金管，然后根据需要通过焊接来完成车架的生产。这样既可以保证车架的质量要求，又可以节约成本。

然而，镁合金由于其自身的物理化学特点，导致其焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得。镁合金的结晶温度区大，易于产生热裂纹；镁的沸点低，温度进一步升高后，其蒸气压比在相同温度下的铝合金要高4～5倍，因而焊接时温度一旦过高，镁会气化，产生爆炸形成飞溅；镁对氧的亲和力大，其氧化物密度较大，而容易形成夹杂；镁在接近熔化温度时，能与空气中的氮强烈化合生成脆性的镁氮化物，显著降低接头力学性能；因此，镁合金焊接是比较困难的，在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅等缺陷，显著降低镁合金焊接头的疲劳等动载荷性能，这对镁合金焊接结构件在车辆中的应用提出了挑战。可以说，镁合金焊接技术是实现镁合金汽车零部件大量应用的主要关键技术难题。

大连理工大学先进连接技术实验室的研究人员宋刚和刘黎明透露，通过“十五”和“十一五”的技术攻关，我国已经解决了镁合金的连接问题。大连理工大学已经开发出了镁合金自行车焊接结构件、摩托车焊接结构件以及配套镁合金焊接材料，并通过了台架试验和道路试验，达到了出口标准要求，其中采用焊接技术生产的镁合金自行车已经出口到欧盟国家，取得了显著的经济和社会效益。

记者从天津自行车行业协会了解到，自2006年起，天津自行车行业协会开展镁合金推广应用，实施了镁合金自行车产业化开发规划，引导企业加大投入和攻关研发力度，逐步掌握了镁合金材料开发和焊接、变型、防腐处理等工艺技术，逐步构建起以天津东义万吨镁合金材料和车架制品开发能力为核心的镁合金材料链、零部件配套链和人才技术链，为实现百万辆镁合金自行车和电动自行车的产业化开发能力构建强大基础。

镁合金电动自行车产品开发，也有力带动了锂离子动力电池的推广应用。“在自行车的轻量化过程中，镁的轻量化与锂电池这两个新产品的优点突出，而能够在自行车上很好地结合起来，成为一对黄金组合。相得益彰，互为依托，成为电动自行车减重的点睛之笔和核心竞争力。”保定市东启镁合金型材有限公司刘胜利说。