汽車行業中輕質金屬的應用

我之前與《質量文摘》雜志合作舉辦了一場主題為“能改變材料分析現狀的汽車業趨勢以及相關準備工作”的網絡研討會。在這次網絡研討會上，我們提出了幾個問題，有趣的是，超過50%的與會者認為與輕量化相關的汽車業新趨勢已經影響了他們的日常運營。

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

汽車行業對部件的要求非常嚴格——其嚴格程度可能僅次于航空航天。安全是個大問題，許多部件需要在碰撞時吸收能量。其他部件則需要具有結構剛性，因此更注重強度。來料檢驗和使用光譜儀進行金屬分析的作用日益重要，尤其是隨著新材料在整個供應鏈中引入，這種作用愈發重要。

鋁和鎂合金最近在汽車行業中廣受青睞，因為其重量輕、成本相對低廉，并且具備許多所需的性能。它們可以形成復雜的形狀，包括發動機組件、變速器箱體和結構零件。即使在當前環境下，驅動輕量化需求的法規被普遍接受，并且輕質金屬的研發也在持續進行。因全球經濟的復蘇和復產中的制造業，其近期的發展速度會有所延緩。

鋁的重量比鋼輕約三分之一，近年來，鋁在汽車中的使用量激增。這一趨勢將持續一段時間：截止2022年，預計平均每輛汽車將含有近100kg的鋁，這些鋁已經取代了原先較重的零件。這意味著截止2025年，汽車行業的耗鋁量將占總耗鋁量的四分之一，即3000萬噸。

鎂甚至比鋁還輕——每單位重量輕36%。同時，在所有結構金屬中，鎂的強度重量比**。由于鎂的儲量豐富，且易于回收，因此不足為奇的是，自從鎂早期被用于車輪以來，鎂取代了外殼和空間框架中的鋼和鋁。目前，超過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，以及方向盤和支架等。

然而，鎂確實存在一些缺點。鎂易碎，且不具有鋁的抗蠕變性。全世界的研究團隊都在致力于解決這些問題。澳大利亞墨爾本莫納什大學的一個團隊發明了一種工藝，這種工藝能改變鎂的微觀結構，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裂。美國能源部的另一個團隊開發了一種工藝，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的汽車零件。

如果你認為鋼鐵制造商無所事事，眼睜睜看著他們的行業逐漸萎縮，則請三思。鋼是一種穩定可靠、儲量豐富、為人熟知的材料，鋼鐵制造商一直在努力奪回被新興企業奪走的市場份額。

鋼鐵制造商正尋求開發超輕鋼，這種鋼比鋁更堅固、更便宜，而且重量幾乎和鋁一樣輕。他們已接近成功，新產品有望在2021年上市，甚至更早。由于企業很難抗拒更高強度、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，則基于不斷增長的鋁和鎂市場的預測可能會被打亂。

在開發新合金的過程中，同時在滿足當前供應品的嚴格規格的情況下，在ppm含量范圍內的熔體成分至關重要。日立分析儀器推出的一款用于金屬識別的火花光譜儀OE750，能提供在同類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，并具有同類產品中**的檢出限，能提供更昂貴儀器的性能。它旨在支持QA/QC計劃，在來料檢驗時驗證雜質元素和痕量元素，并滿足一系列標準，如適用于鋼的ASTM E415和E1086。

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