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镁战略

在“京都地球保护会议”上,ACEA 代表欧洲汽车制造商做出下述承诺:到
2008 年将 CO2 排放水平降至 140g/km,到 2012 年降至 120 g/km。在此之前,美国制造商已开始采用由政府制订的 CAFÉ
(公司平均燃料经济性),并且加利福尼亚在这一方面一直是遥遥领先。
轻型化是提高燃料经济性的一种手段,
而镁则是一种非常值得考虑的优选材料:
轻型化是提高燃料经济性的一种手段,而镁则是一
种非常值得考虑的优选材料:

- 质轻(镁的密度比铝低 36%)
- 强度/重量比高
- 刚度/重量比高
- 减振性好
- 易于铸造和加工
- 可回收
但它也存在一些不足:
- 原材料成本高
- 易蠕变
- 易腐蚀
- 抗燃性差

近几年来,中国充足的镁供应在降低原材料成本方面发挥了重要作用,
并一度使镁的成本低于铝,因此镁的成本效益也在逐渐提高。
通过添加合金,可以在一定程度上改善镁的抗蠕变性,同时还有助于提高耐腐蚀性。
正是基于上述情况,汽车和电子行业中使用的镁制零部件在
1991 年到 2001 年之间增加了 350%。
福特和大众还在澳大利亚和以色列投资进行初级镁生产。
2002 年,平均每部美产车辆使用了 5 千克的镁。



相关链接:
Body and closuresMagnesium body parts for automotive applications

尽管如此,大众还是停止了 Lupo 镁制后挡板的生产。据工程师介绍,防腐蚀成本是影响镁日后推广的主要障碍。目前,
汽车中的大多数镁制零部件都集中在已采取有效保护措施且不会接触到腐蚀性环境的部位。其中包括座架、转向轮电枢、仪表盘支撑梁、敞篷、遮阳顶支架,
以及其他位于安全环境中并且可以实现高度部件集成的零部件。

而远离驾驶员座舱的部位(如门架、后挡板架、前车架、敞篷、遮阳顶支架等处),则存在防腐蚀性问题。在这些零部件中,制造商可以考虑采用 Keronite,因为它是其中一种适用于镁的最佳耐腐蚀预处理工艺。

为何选择 Keronite

耐腐蚀性:宝马、福特、大众、通用汽车、本田和克莱斯勒等汽车制造商对照其他处理工艺对 Keronite 改善镁耐腐蚀性的情况进行了大量测试。[插入测试件的图片] 这些制造商发现,不论是在标准腐蚀测试沙还是在电解腐蚀测试沙中,Keronite 的表现都非常出色。这使得宝马对镁制零部件上的 Keronite 给予了高度评价。

边缘完整性:腐蚀通常始于边缘部位。阳极氧化预处理涂层呈柱状,因此容易在边缘部位开裂,从而使腐蚀电解质有了可乘之机。使这种情况更加雪上加霜的是,
边缘处的涂料通常较薄(因表面张力效应),因此,预处理开裂部位的面漆是最薄的。Keronite 具有非晶态结构,因此不会在边缘开裂。此外,它还可以在整个部件上形成基本均匀的厚度,
实际上是边缘部位会稍厚一些。[插入显示边缘的图片] 所有这些都意味着,即使将镁与异种金属放到一起,Keronite 也能够提供有效的保护,
因为它可提供能够防止形成原电池的有效化学隔离层。

同基体的附着能力强:由于 Keronite 是一种转化涂层,因此它能够与基体实现原子结合。

涂覆性能:Keronite 的多孔外表面几乎能够为各种面漆(包括 PTFE)提供理想的契合面,已用于对车身外壳进行预处理以提供 A 级末道漆。下表介绍了出色的附着能力性能。在这些测试中,首先对铸镁零部件进行了 Keronite 处理,然后又喷镀了 3 种不同的粉末面漆。在所有情况下,都顺利通过了胶带拉扯测试,即使在 100% 的湿度中暴露 100 小时(在 50 C 时)后也是如此。[插入来自日本的数据表]。
能够使用磷酸盐浴:我们的汽车客户有时希望能够使镁制零部件通过传统的钢制车身上漆生产线。这种生产线的第一阶段通常是采用高酸性(pH 值通常为 2)磷酸锌或磷酸铁浴对钢进行预处理。这通常不适合镁制零部件,因为它们在此类酸性环境中会快速被腐蚀。但我们的客户发现,如果先对这些部件进行 Keronite 预处理,然后再通过磷酸锌浴,它们便可以顺利通过上漆生产线,并且随后可以在盐雾中坚持非常长的时间,比如在德国 VDA 循环腐蚀测试中就坚持了 15 周而没有出现任何明显腐蚀。

电涂:尽管 Keronite 本身是一种电绝缘体,但如果采取特定防范措施便仍可对其进行电涂。实际上,在 Keronite 涂层上再加一道环氧基电涂层可以对镁提供极其有效的保护,而且成本很低。

防划:保护镁不出现腐蚀的第一道防线是刷涂全面保护涂层,并使其保持完好无损。镁上的高硬度 Keronite (约 350 – 700 HV)还有一个好处,就是有助于提高防划能力。下表介绍了赫尔大学进行的测试。这些测试表明,与 10 µm 厚的阳极氧化涂层相比,需要大 3 倍的力才能将同等厚度的 Keronite 涂层划开并露出镁基体。Keronite 涂层浸镀有机面漆(如电涂层、PTFE 或粉末涂层)后,所需的力可能要增加 10 倍。这使得带 Keronite 涂层的零部件在装配、维护或一般磨损和撕扯作用下不容易受损。

工业实施

对 PEO 工艺的批评通常是针对以下两点:一是成本高,一是无法满足汽车工业大批量生产的需求。为了彻底解决这两个问题,近 3 年来,Keronite 在镁工艺研发方面投注了大量精力。

成本效益:用于镁的最新 Keronite 工艺从两个方面降低了 PEO 成本。首先是刷涂速度比上一代工艺提高了 3 倍,可达到每分钟 2 – 4 µm。其次是我们改进了涂层的性能,因此,
现在可以使用更薄的涂层获得同等的性能。我们在 2003 年度 DGM 镁制品会议 [指向 SMH/PS DGM 会议网页的链接] 上公布了取得的初期成果。这两方面相辅相成,往往使 Keronite
成为成本最低的可行解决方案。由于 Keronite 有助于通过消除其他工艺或制造流程来节省成本,因此我们已有多个改用 Keronite 的客户。比如,有个客户发现,在耐腐蚀性方面,6 µm
厚的 Keronite 比 25 µm 厚的其他 PEO 工艺加电涂层更出色。

整个系统的成本:Keronite 的成本应看作是整个系统的防腐蚀成本的一部分。事实表明,使用 Keronite 来提供防腐蚀保护时,无需使用昂贵的清洗机、衬垫和减振器。事实证明,
与使用其他防腐蚀涂层相比,这有助于降低系统的总成本。

扩展性:我们最近为我们的合作伙伴(位于英国 Bicester 的 Powdertech Ltd)开发并安装了一条全自动化的 Keronite 生产线,该生产线采用了我们的新一代工艺,每 5 分钟最多可以对
3.6 m2 的镁制零部件进行 Keronite 处理。

回收:目前尚未对带 Keronite 涂层的镁制汽车零部件进行全面的回收研究。但 Keronite 涂层不含任何重金属,也不含任何其他会影响常用镁合金属性的成分。这已通过对带 Keronite 涂层的
AM60B 小型试样进行化学分析得到证实。我们的建议是,可以用当前回收无涂层部件的方式来有效回收带 Keronite 涂层的零部件。

成套供应
镁制零部件需要的不仅仅是 Keronite 处理!通过与供应链的其余部分建立合作网络,我们可以通过密切配合来向我们的最终客户提供更好的产品。
Keronite 已分别与 MeridianTimminco 达成了模铸和挤压零部件合作协议。从产量来看,Meridian 是世界上最大的面向汽车行业的模铸镁制零部件制造商,
在镁制前车模块方面处于领先地位:安装在车辆前纵轴上的一体式铸件,目的是获得良好的结构完整性并且为车灯和散热器提供支撑。Timminco 可为寻求高强度零部件的客户提供一
系列锻造和挤压镁制产品,此外还提供铸铝车轮。

Nanomag
Keronite 参与了由欧盟资助的倡导“竞争和可持续增长”的 Framework 5 European NANOMAG 计划(开发新型纳米结构材料来对镁制部件提供保护)。该计划的目标是:开发新型耐腐蚀、
耐磨蚀涂层,从而利用清洁、环保、经济的工艺对镁制零部件提供保护。与 Keronite 一起进行评估的还有 PAPVD、CVD、Sol-Gel 以及 Anomag 涂层。该计划着眼于 CO 排放物和其他污染物的主要源头,即汽车和航空航天业,此外,实现轻型化也是非常重要的目标。除了技术性能外,该计划还关注每种涂层的生命周期成本和对环境的影响。如需最终报告,
请发送电子邮件至
info@keronite.com 索取。

 
  Keronite International Ltd., Granta Park, Great Abington, Cambridge, CB21 6GP, UK. Tel: +44 (0) 1223 893 222 | Fax: +44 (0) 1223 894 222 | Email: info@keronite.com