金屬鎂對于汽車燃油效率的貢獻

隨著2025年企業平均燃油經濟性（CAFE）標準越來越接近，提高燃油效率是當今各大汽車制造商的目標。為此，輕量化一直是這場競賽的名字，超過一半的汽車制造商追求輕量化材料，以滿足CAFE的標準。

一段時間以來，鋼與鋁的較量一直在進行，但一種新的擠壓方法可能會在混合物中引入第三個參與者：鎂。

鎂是所有結構金屬中最輕的，比鋼輕75%，比鋁輕33%，是地球上第四常見元素，僅次于鐵、硅和氧。然而，盡管重量輕且天然豐富，汽車制造商在嘗試將鎂合金納入汽車結構部件的過程中遇到了困難，需要鏑、鐠和鐿等稀土元素來增強其強度。

然而，能源部太平洋西北國家實驗室（PNNL）開發的一種新的擠壓工藝應使汽車工業將鎂合金納入結構部件更為可行。該方法有潛力通過消除對稀土元素的需求來降低成本，同時提高材料的結構性能。

剪切輔助加工和擠壓

美國能源部的工程師和材料科學家們理論上認為，在擠壓過程中旋轉鎂合金可以通過機械摩擦產生足夠的熱量來軟化材料，使其通過模具被擠壓，形成管子、桿和通道。這種方法消除了對傳統擠壓機中使用的耗電電阻加熱器的需求。

該團隊設計并調試了一個稱為剪切輔助加工和擠壓（形狀）機的工業版本。他們使用成形機擠壓直徑達2英寸的薄壁圓管，這些圓管由鎂鋁鋅合金AZ91和ZK60A制成。對管子的機械性能進行測試發現，它具有25%以上的室溫延展性，與典型的擠壓件相比，這是一個顯著的改進。

首席研究員兼機械工程師Scott Whalen說：“在成形過程中，我們在金屬內部得到高度精煉的微觀結構，在某些情況下，甚至能夠形成納米結構特征?！泵糠昼姷男D次數越高，顆粒越小，使油管更堅固，更具延展性或柔韌性。此外，我們還可以控制金屬中晶體結構的方向，以提高鎂的能量吸收，使其與鋁的能量吸收相等。”