汽車(chē)行業(yè)中輕質(zhì)金屬的興起

我之前與《質(zhì)量文摘》雜志合作舉辦了一場(chǎng)主題為“能改變材料分析現(xiàn)狀的汽車(chē)業(yè)趨勢(shì)以及相關(guān)準(zhǔn)備工作”的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。在這次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上，我們提出了幾個(gè)問(wèn)題，有趣的是，超過(guò)50%的與會(huì)者認(rèn)為與輕量化相關(guān)的汽車(chē)業(yè)新趨勢(shì)已經(jīng)影響了他們的日常運(yùn)營(yíng)。

然而，超過(guò)75%的與會(huì)者表示，他們還沒(méi)有使用火花OES（直讀光譜儀）、LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀）或XRF（X射線(xiàn)熒光）PMI（材料可靠性鑒定）分析儀以滿(mǎn)足材料規(guī)格的要求。

汽車(chē)行業(yè)對(duì)部件的要求非常嚴(yán)格——其嚴(yán)格程度可能僅次于航空航天。安全是個(gè)大問(wèn)題，許多部件需要在碰撞時(shí)吸收能量。其他部件則需要具有結(jié)構(gòu)剛性，因此更注重強(qiáng)度。來(lái)料檢驗(yàn)和使用光譜儀進(jìn)行金屬分析的作用日益重要，尤其是隨著新材料在整個(gè)供應(yīng)鏈中引入，這種作用愈發(fā)重要。

鋁和鎂合金最近在汽車(chē)行業(yè)中廣受青睞，因?yàn)槠渲亓枯p、成本相對(duì)低廉，并且具備許多所需的性能。它們可以形成復(fù)雜的形狀，包括發(fā)動(dòng)機(jī)組件、變速器箱體和結(jié)構(gòu)零件。即使在當(dāng)前環(huán)境下，驅(qū)動(dòng)輕量化需求的法規(guī)被普遍接受，并且輕質(zhì)金屬的研發(fā)也在持續(xù)進(jìn)行。因全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和復(fù)產(chǎn)中的制造業(yè)，其近期的發(fā)展速度會(huì)有所延緩。

1、鋁繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位

鋁的重量比鋼輕約三分之一，近年來(lái)，鋁在汽車(chē)中的使用量激增。這一趨勢(shì)將持續(xù)一段時(shí)間：截止2022年，預(yù)計(jì)平均每輛汽車(chē)將含有近100kg的鋁，這些鋁已經(jīng)取代了原先較重的零件。這意味著截止2025年，汽車(chē)行業(yè)的耗鋁量將占總耗鋁量的四分之一，即3000萬(wàn)噸。

2、鎂亦呈上升趨勢(shì)

鎂甚至比鋁還輕——每單位重量輕36%。同時(shí)，在所有結(jié)構(gòu)金屬中，鎂的強(qiáng)度重量比更高。由于鎂的儲(chǔ)量豐富，且易于回收，因此不足為奇的是，自從鎂早期被用于車(chē)輪以來(lái)，鎂取代了外殼和空間框架中的鋼和鋁。目前，超過(guò)一半的鎂被用于鎂鋁合金中。鑄造鎂鋁合金被用于許多零件，包括變速器和離合器殼，以及方向盤(pán)和支架等。

然而，鎂確實(shí)存在一些缺點(diǎn)。鎂易碎，且不具有鋁的抗蠕變性。全世界的研究團(tuán)隊(duì)都在致力于解決這些問(wèn)題。澳大利亞墨爾本莫納什大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種工藝，這種工藝能改變鎂的微觀結(jié)構(gòu)，減輕其脆弱程度。這意味著純鎂可以在室溫下成形并被壓縮成任何形狀而不開(kāi)裂。美國(guó)能源部的另一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種工藝，這種工藝能提高鎂的能量吸收和延展性，使其更適用于更多種類(lèi)的汽車(chē)零件。

3、鋼材蓄勢(shì)發(fā)力后再度流行

如果你認(rèn)為鋼鐵制造商無(wú)所事事，眼睜睜看著他們的行業(yè)逐漸萎縮，則請(qǐng)三思。鋼是一種穩(wěn)定可靠、儲(chǔ)量豐富、為人熟知的材料，鋼鐵制造商一直在努力奪回被新興企業(yè)奪走的市場(chǎng)份額。

鋼鐵制造商正尋求開(kāi)發(fā)超輕鋼，這種鋼比鋁更堅(jiān)固、更便宜，而且重量幾乎和鋁一樣輕。他們已接近成功，新產(chǎn)品有望在2021年上市，甚至更早。由于企業(yè)很難抗拒更高強(qiáng)度、更低成本的誘惑，因此，若如所描述的那樣，能提高鋼材的性能，則基于不斷增長(zhǎng)的鋁和鎂市場(chǎng)的預(yù)測(cè)可能會(huì)被打亂。

4、引進(jìn)突破性的OE750直讀光譜儀

在開(kāi)發(fā)新合金的過(guò)程中，同時(shí)在滿(mǎn)足當(dāng)前供應(yīng)品的嚴(yán)格規(guī)格的情況下，在ppm含量范圍內(nèi)的熔體成分至關(guān)重要。日立分析儀器推出的一款用于金屬識(shí)別的火花光譜儀OE750，能提供在同類(lèi)OES光譜儀中前所未有的分析水平。

OE750涵蓋了金屬元素的全部光譜，并具有同類(lèi)產(chǎn)品中更低的檢出限，能提供更昂貴儀器的性能。它旨在支持QA/QC計(jì)劃，在來(lái)料檢驗(yàn)時(shí)驗(yàn)證雜質(zhì)元素和痕量元素，并滿(mǎn)足一系列標(biāo)準(zhǔn)，如適用于鋼的ASTM E415和E1086。