8月10-12日，第十五屆國際汽車輕量化大會暨展覽會在江蘇揚(yáng)州盛大召開，行業(yè)專家學(xué)者、業(yè)內(nèi)精英齊聚揚(yáng)州，共襄中國汽車輕量化領(lǐng)域一年一度之盛舉，交流探討汽車輕量化領(lǐng)域的最新技術(shù)和發(fā)展成果。

　　在大會的技術(shù)報(bào)告環(huán)節(jié)，因中國工程院院士、國家鎂合金材料工程研究中心主任、重慶大學(xué)教授潘復(fù)生先生因故未能來到大會現(xiàn)場，由重慶大學(xué)博士生導(dǎo)師譚軍教授代其現(xiàn)場演講，主題為：輕量化材料成形工藝與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)。

　　重慶大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師譚軍

　　潘復(fù)生院士主要觀點(diǎn)如下：（譚軍教授代講）

　　1、通過固溶強(qiáng)化，增加適當(dāng)原子固溶到鎂基體，增加基面滑移的阻力，適當(dāng)降低非基面滑移阻力，從而提高塑性。

　　2、通過晶粒細(xì)化、熔體純凈化、優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方式可以有效提升鎂合金的抗裂性能。

　　3、通過陽極氧化、增加陽極耐腐蝕性等處理方式對鎂合金產(chǎn)品的表面防護(hù)、整體塑形有很好的改善作用。

　　以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實(shí)錄：（譚軍教授代講）

　　各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位朋友，今天我代表國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心給大家匯報(bào)這幾年我們在輕量化材料，特別是在鎂合金方面的研究應(yīng)用工作，我叫譚軍。

　　主要從以下四方面給大家作匯報(bào)。

　　剛才毛院士提到鋼鐵在汽車上有很大用處，但是今天要講的是鎂。首先從資源來說，鐵和鋁的資源相比鎂要相對短缺，而鎂礦資源極其豐富，不管是白云石的磷煤礦以及在青海鹽湖的氯化鎂都有大量儲量，同時(shí)海水中有大量豐富的鎂資源。所以我們認(rèn)為鎂資源是取之不盡、用之不竭的好材料。

　　目前，汽車和3C產(chǎn)品是鎂合金消費(fèi)的主要大戶。從統(tǒng)計(jì)表可以看出，鎂合金在汽車上的用量超過60%，而鎂合金的密度僅是鋁合金的三分之二，鋼鐵的四分之一，因此鎂合金的零部件輕量化效果十分顯著。國際鎂協(xié)評價(jià)認(rèn)為，鎂合金零部件全生命周期節(jié)能減排效果顯著，鎂合金零部件大規(guī)模應(yīng)用，有助于輕量化和節(jié)能減排，助推國家“雙碳”目標(biāo)。

　　第一方面，匯報(bào)鎂合金結(jié)構(gòu)材料的部分。

　　新材料開發(fā)方面，鎂合金和鋼鐵、鋁合金一樣，都是基于元素周期表添加一些適量的合金化元素達(dá)到目的。根據(jù)教科書所講，首先第一種獲得很好的鎂合金的方法就是采用固溶強(qiáng)化方法。這種方法首先要形成一種固溶體。第二種方法就是用第二相強(qiáng)化和細(xì)化晶粒。我們知道鎂合金和鋼鐵材料和鋁合金不太一樣，鎂合金是一種立方的晶格，基面滑移系非常少，所以塑性相對較低。從圖中可以看到，基面滑移啟動非常容易，也就是說材料特別是鎂合金的強(qiáng)度也會相對較低，很難啟動非基面的滑移，而只有溫度上升到大概兩三百度時(shí)，非基面的滑移才能啟動，這時(shí)候多面的滑移才能得到很好的塑性。

　　我們第一個(gè)想法是固溶強(qiáng)化。我們研究了很多固溶原子，如果加適當(dāng)?shù)墓倘茉?，發(fā)現(xiàn)它和鎂的尺寸不一樣，在這里形成固溶原子首先想到的是會有晶格的基變，更希望的是固溶原子能夠使各個(gè)滑移線的密度增加，這樣開啟其他非基面的滑移。因此重慶大學(xué)在前期工作的基礎(chǔ)上，我們提出固溶強(qiáng)化增塑的合金設(shè)計(jì)理念。首先靠增加適當(dāng)原子固溶到鎂基體里面取代一定的鎂原子，這樣可以增加滑移的阻力，可以使得鎂基面的滑移阻力提升。通過不同的原子，提升不一樣的效果。另一方面，如何提高強(qiáng)度？要提高塑性，必須啟動非基面的滑移，此時(shí)適度降低非基面滑移和基面滑移的阻力，這樣一方面可以提高基面滑移阻力，另一方面可以讓非基面上的滑移阻力沒那么快或者適當(dāng)降低，提高材料塑性。

　　基于前面的思想，重慶大學(xué)在過去二十來年開發(fā)了大量的鎂合金，包括很多高強(qiáng)度的變形鎂合金和鑄造鎂合金。比如變形鎂合金強(qiáng)度可以達(dá)到500-550MPa，延伸率可以達(dá)到10%以上。而高強(qiáng)度的鑄造鎂合金強(qiáng)度可以通過適當(dāng)?shù)臒崽幚磉_(dá)到350-380Mpa。里面還有一些低成本的無稀土的變性合金，還有一些高塑性合金，還有超高塑性合金，純鎂的合金非常少只有10%以下，但是合金化以后，通過固溶強(qiáng)化增塑延伸率可以提高50%-60%。同時(shí)開發(fā)了一些超輕合金，在航空航天有很多用處。同時(shí)還利用鎂合金很多優(yōu)異功能特性，比如做高電磁屏蔽性合金，還可以用在高導(dǎo)熱的材料里。目前重慶大學(xué)有16個(gè)鋅合金批準(zhǔn)為國家牌號合金，9個(gè)鋅合金成為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)牌號合金。

　　對于低成本，最近有些含錳的三元體系，比如鎂、錳、鋁這個(gè)體系，我們會發(fā)現(xiàn)隨著錳含量的提升，比如從1提升到3，強(qiáng)度有所下降，但是塑性會急劇上升，斷裂延伸率可以從21%提高到50%。

　　剛才提到對于含釓，在室溫下有超高塑性合金比如VK21，純鎂只能達(dá)到6.7%，但是通過釓的合金化，加上鋯的細(xì)化晶粒，最終強(qiáng)度和塑性能得到大幅度提升，特別是塑性比純鎂和其他合金高很多，能達(dá)到60%甚至70%以上。

　　同時(shí)開發(fā)低成本的高塑性的鑄造鎂合金：AE81M。AE81鑄軋的流動性優(yōu)于常見的AZ91D鎂合金，同時(shí)由于加入少量的稀土，對熔體進(jìn)行一定純化，提高耐腐蝕性。

　　同時(shí)我們在常見的鎂合金AM50進(jìn)行一些改進(jìn)，加入非常微妙的稀土元素，可以把鎂合金比較嚴(yán)重的塑性差的問題得到很好的提升，也能提升到20%左右。

　　第二方面，匯報(bào)一下我們在汽車用鎂合金零部件鑄造工藝優(yōu)化。

　　很多人覺得鎂合金的耐蝕性比較差，最根本的原因是很多年前鎂合金的純凈化做得不好，鋁合金純凈化直接影響到耐蝕性能。重慶大學(xué)開發(fā)了熔體變溫純化+自純化的工藝，可以顯著降低鐵的含量，顯著提高鎂合金耐蝕性能。比如純化以后，鐵的含量下降2-3個(gè)數(shù)量級。

　　同時(shí)，我們還開發(fā)了一些熔體夾雜物逆向過濾凈化的原理和裝備，這也在很多鎂合金的企業(yè)得到大量應(yīng)用。同時(shí)，我們在開發(fā)過程中，還發(fā)現(xiàn)比如很多活潑元素可以加入很多的合金，比如鎂合金，我們采用了很多有效控制合金傷損的方法，比如液相包覆技術(shù)可以大量提高合金特別是稀土元素的攝得率。

　　對于基礎(chǔ)材料來說，強(qiáng)度和塑性同時(shí)提升，晶粒細(xì)化是很好的概念。重慶大學(xué)開發(fā)了一些若干金屬化合物在鎂熔化的原位規(guī)律和控制機(jī)理，開發(fā)出了晶粒細(xì)化顯著的鎂基細(xì)化劑。

　　同時(shí)重慶大學(xué)在鎂合金的構(gòu)建鑄造模具上進(jìn)行了設(shè)計(jì)，結(jié)合我們在模具方面學(xué)科的優(yōu)勢做了很多整車零部件的輕量化協(xié)同設(shè)計(jì)，包括零部件結(jié)構(gòu)的再設(shè)計(jì)。比如我們做鎂合金的鑄造模流分析，對于常見的充型困難的問題對模具進(jìn)行修改，得到性能很好、鑄造工藝比較優(yōu)化的參數(shù)。

　　同時(shí)，我們團(tuán)隊(duì)還有一部分采用相場法模擬和揭示鎂合金凝固組織形成與演變規(guī)律以及很多缺陷，通過理論研究開發(fā)出了一些熔化在線除氣和鑄型強(qiáng)化排氣方法，極大減少氣孔。

　　實(shí)際上，在航空航天的一些大件上，通常采用重力鑄造。鑄造過程中，經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，我們通過采用補(bǔ)焊實(shí)現(xiàn)，但是在壓鑄的過程中，這種補(bǔ)焊基本不可能，所以我們對裂紋做了大量研究。這方面我們主要研究里面的熱裂紋，通過裂紋的敏感指數(shù)開發(fā)新的合金。同時(shí)，我們可以借助一些模擬軟件對裂紋的形成過程進(jìn)行模擬和預(yù)測，防止裂紋的產(chǎn)生。這方面，重慶大學(xué)自主開發(fā)了一些熱裂的流動性模具，下面這個(gè)圖可以看到，一次澆鑄可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)在鎂合金的熱裂、流動性、疏松和偏析的模具，一次鑄造可以檢測多種缺陷。

　　剛才我們提到了在鎂合金里面特別是壓鑄里面最大的缺陷，也影響成品率的就是裂紋。我們在裂紋控制方面也做了一些深入研究。首先，我們在合金化方面進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)一些測試溫度區(qū)間比較小的合金，同時(shí)添加細(xì)化劑設(shè)計(jì)晶粒細(xì)小的合金。第二，充分利用熔體純凈化，我們發(fā)現(xiàn)能夠有效改善鎂合金的熱裂缺陷。第三，我們發(fā)現(xiàn)對模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也非常重要，一個(gè)合理的模具設(shè)計(jì)可以有效避免熱節(jié)點(diǎn)，減少熱裂。第四，對于工藝的優(yōu)化，比如壓鑄模溫也能夠顯著提升鎂合金的抗裂性能。

　　第三方面，匯報(bào)我們汽車用鎂合金零部件的開發(fā)工作。

　　通過鎂合金材料和結(jié)構(gòu)的一體化，優(yōu)化鑄造工藝設(shè)計(jì)，獲得結(jié)構(gòu)更合理的座椅骨架，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模擬分析、模具設(shè)計(jì)得到集成度高、尺寸公差小的鎂合金做骨架。除此之外，在鎂合金的中控支架和鎂合金的電池箱外殼等都做了工作。最近我們在做典型的鎂合金的構(gòu)建，比如8800噸鎂合金的壓鑄系統(tǒng)，我們開發(fā)了超大系統(tǒng)的汽車構(gòu)件（長度1.2-1.4m）。

　　第四方面，介紹鎂合金表面處理技術(shù)及應(yīng)用的進(jìn)展。

　　鎂合金比較頭疼的可能是避免處理的問題。

　　重慶大學(xué)有一個(gè)團(tuán)隊(duì)專門做鎂合金表面涂覆的工作，我們從多個(gè)方面對它進(jìn)行研究和工業(yè)化應(yīng)用。這是我們通過表面防護(hù)的鎂合金產(chǎn)品，可以發(fā)現(xiàn)通過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砜梢缘玫酵庑魏芎玫逆V合金產(chǎn)品。一方面使用鎂合金陽極氧化工藝研究。通過對環(huán)保型AZ31鎂合金陽極氧化電解液配方及工藝的調(diào)整，可以得到比較好的陽極氧化膜的配方和工藝。另一方面，采用氧化鋁增加鎂合金的陽極耐腐蝕性。

　　在前期工作基礎(chǔ)上，我們建立了多條包括陽極氧化、氟碳漆、聚氨漆、尼龍基等等，在行業(yè)得到大量的示范和應(yīng)用。同時(shí)，我們最近開發(fā)了很多鎂合金表面自修復(fù)的流程，特別是做到車外的一些器件時(shí)，可能由于石頭磕碰等等出現(xiàn)一些裂紋，我們開發(fā)了自修復(fù)的膜層技術(shù)，可以有效在裂紋形成的過程中或者很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到自修復(fù)的作用。

　　我們的國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心是我國唯一的國家級鎂合金專業(yè)研究開發(fā)平臺、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織鎂合金技術(shù)委員會主席單位。鎂合金中心還是《鎂合金學(xué)報(bào)》雜志的主辦單位，我們從2013年創(chuàng)刊以來，現(xiàn)在影響因子達(dá)到11，也是SCI同類期刊排名第一。

　　這是我們最近開發(fā)的部分鎂合金的一些產(chǎn)品。

　　我的匯報(bào)就到這里，謝謝大家。