汽車輕量化材料課件

汽車輕量化材料

1精選ppt

當(dāng)前，節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適、智能和網(wǎng)絡(luò)是汽車技術(shù)發(fā)展的總趨勢，尤其是節(jié)能和環(huán)保更是關(guān)系人類可持續(xù)發(fā)展的重大問題。因此，降低燃耗、減少向大氣排出CO2和有害氣體及顆粒已成為汽車工程界主攻的方向。人們現(xiàn)已熟知的美國PNGV計劃，預(yù)計到2004年或2005年，美國轎車將達(dá)到每升汽油可行駛約34km（3倍燃料效率）。

減小汽車自重是汽車降低燃耗及減少排放的最有效措施之一。美國的PNGV計劃要求轎車自身質(zhì)量減小40％。2精選ppt1.汽車輕量化的內(nèi)涵和途徑

汽車輕量化絕非是簡單地將其小型化而已。首先應(yīng)保持汽車原有的性能不受影響，既要有目標(biāo)地減輕汽車自身的重量，又要保證汽車行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時汽車本身的造價不被提高，以免給客戶造成經(jīng)濟(jì)上的壓力。

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汽車輕量化技術(shù)包括汽車結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和輕量化材料的使用兩大方面。汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計輕量化技術(shù)包括緊湊化技術(shù)和為采用輕量化材料并能滿足碰撞新要求而最新開發(fā)的輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù).在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面可以采用前輪驅(qū)動、高剛性結(jié)構(gòu)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等來達(dá)到輕量化的目的，在用材方面可以通過材料替代或采用新材料來達(dá)到汽車輕量化的目的。

4精選ppt實現(xiàn)汽車輕量化的主要途徑

減少汽車白車身重量對降低發(fā)動機的功耗和減少汽車總重量具有雙重的效應(yīng)。為此，首先應(yīng)該在白車身制造材料方面尋找突破口。具體有如下幾種方案：

1）使用密度小、強度高的輕質(zhì)材料，像鋁鎂輕合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等；

2）使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的截面厚度較薄的高強度鋼；(???)

3）使用基于新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如連續(xù)擠壓變截面型材、金屬基復(fù)合材料板、激光焊接板材等。

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僅奧迪A8和英國捷豹XJ兩個高級豪華車據(jù)守輕金屬車身這唯一一塊陣地.寶馬5系列車身前端總成以沖壓鋁板件,鑄鋁合金件和鋁擠壓件焊接而成.目前只是在中高檔轎車中廣泛采用Mg,Al,工程塑料和高強度鋼的混合車身.現(xiàn)代汽車的絕大部分內(nèi)飾件以翼子板,保險桿外罩和許多乘用車的發(fā)動機罩內(nèi)板都是由工程塑料制成的.

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相比之下，至少在目前及至今后相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，鋼仍然是汽車車身制造用材的最佳選擇：鋼材不僅具有優(yōu)異的性能價格比，還有長期積累起來的冶金技術(shù)和成型加工經(jīng)驗，使之在汽車行業(yè)中仍然坐擁不可撼動的霸主地位。而方案3）正是從材料加工的角度出發(fā)，使經(jīng)過特殊加工后的鋼板材料的承載性能、成型性能或者其他方面的性能大大提高。

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2材料技術(shù)在輕量化汽車中的作用材料技術(shù)是推動汽車技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，輕量化是今后汽車發(fā)展的關(guān)鍵。選用新材料（包括高強度鋼、鋁、鎂、鈦合金、塑料及復(fù)合材料等）來實現(xiàn)減小汽車自身質(zhì)量的目的，并把先進(jìn)的輕質(zhì)材料作為急需開發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域。

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3輕量化汽車材料技術(shù)的發(fā)展趨勢由于鋼鐵材料在強度、塑性、抗沖擊能力、回收使用及低成本方面具有綜合的優(yōu)越，其在汽車材料中的主導(dǎo)地位仍是不可動搖的。但高強度鋼和超高強度鋼的應(yīng)用，如汽車車身、底盤、懸架、轉(zhuǎn)向等零部件上，將有較大增長。

鋁鎂合金在汽車上的用量將明顯增加。

工程塑料、復(fù)合材料所占比例將有明顯增長。多材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，既能改進(jìn)汽車性能，又能顯著減小質(zhì)量。當(dāng)前材料的組合仍以高強度鋼、鋁、鎂和塑料為主。要實現(xiàn)多材料輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須強調(diào)“合適的材料用在合適的部位”

9精選ppt第一節(jié)高強度鋼板

一、概述

采用高強度鋼板可以達(dá)到減薄車身用板的厚度和重量的目的,在輕量化的同時，增加了安全性能。

高強度鋼一般是指冷軋340MPa、熱軋490MPa以上的鋼,這些新型高強度鋼板具有較低的屈強比、較好的應(yīng)變分布能力和較高的應(yīng)變硬化特性,同時高強度鋼板的力學(xué)性能更加均勻,從而具有更好的碰撞特性和更高的疲勞壽命。10精選ppt2汽車用鋼板的強化機理和汽車用高強度鋼板、超高強度鋼板傳統(tǒng)的汽車用鋼板主要是采用向低碳鋼中添加合金元素形成固溶強化型鋼以及晶粒細(xì)化的析出型鋼的兩種方式來實現(xiàn)低碳鋼的高強度化?，F(xiàn)代汽車高強度鋼板是采用使其金相組織得到強化的機理，而獲得組織強化、復(fù)合組織強化、相變強化、熱處理強化、冷作硬化和時效強化等現(xiàn)代高強度鋼。目前高強度鋼板主要包括冷軋含磷板、雙相鋼(DP鋼)板以及相變誘發(fā)塑性鋼(TRIP鋼)板等。11精選ppt12精選ppt3國內(nèi)外汽車高強度鋼材料概況二十世紀(jì)60～70年代，汽車結(jié)構(gòu)用高強度鋼是以添加各種合金成分的固溶強化型和析出強化型高強度鋼為主體，但為了達(dá)到更高的強度,從80年代開始，研究方向已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向組織強化型高強度鋼，通過Cu析出物和三段冷卻方式提高強度與加工性，通過冶金制造的組織控制來提高各種性能。特別是到了二十一世紀(jì)，發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，各種新鋼種層出不窮，強度也不斷提高，如含銅熱處理強化鋼，Rm＝590～780MPa高翻邊性能鋼板，Rm＝440～780MPa，超高強度鋼板，Rm＝980～1400MPa。13精選ppt德國的兩款轎車和SUV上所用的高強度鋼材料VWPolo（大眾波羅）、PorscheCayanne（保時捷卡宴）、OpeVectra（歐寶維佳）等車型中現(xiàn)代高強度鋼的用量分別為60%、36%、45%，用量非常大，而且已經(jīng)超越了普通鋼，成為汽車用鋼的主力軍，成為未來汽車材料的發(fā)展方向之一。14精選ppt豐田汽車公司在其生產(chǎn)的豐田系列轎車上已經(jīng)應(yīng)用高強度鋼制作車身及其零部件。車身質(zhì)量要求越來越輕.白車身重量的變化及高強度鋼的使用比例15精選ppt本田兩代思域（CIVIC）轎車上高強度鋼的使用情況對比16精選ppt新一代日本鈴木奧拓牌微型車車身使用高強度鋼板的情況看出高強度鋼的用量和應(yīng)用范圍都非常大，其中的前門內(nèi)板、主地板、門框內(nèi)板、立柱等都用高強度鋼制成，最高的占到了整個汽車用鋼的68％。17精選ppt除上述國家外，各大汽車企業(yè)和鋼鐵協(xié)會也組成了超輕鋼車體計劃(ultralightsteelautobody)，目的是研究出新型高強度鋼材料，擴大高強度鋼材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，其目標(biāo)是開發(fā)新型輕型鋼車體，該型車比現(xiàn)有的車型更安全、更節(jié)能、更有利于環(huán)境保護(hù)、售價不增加。其中材料的開發(fā)與優(yōu)化包括：新型高強度高成形性鋼的開發(fā)與使用的優(yōu)化，形成了以高強鋼、超高強鋼、雙相鋼和TRIP鋼為主的新型汽車用鋼系列；以激光拼焊板、液壓成形管件和夾層板為特色的新型鋼材系列。18精選pptULSAB-AVC車身結(jié)構(gòu)所選用鋼種的強度級別、重量及重量比例USLAB-AVC所選用的高強度鋼種類很多，應(yīng)用的零件范圍也很廣，其中DP700/1000的用量最大，達(dá)到了59.32%，其次是MART1250/1520和DP300/500，用量分別為47.71%和18.14%。19精選ppt我國汽車用高強鋼材料的研制開發(fā)工作較晚，但已有武鋼、寶鋼、鞍鋼、上汽集團(tuán)、上海大學(xué)、重慶汽車研究所等單位對汽車高強度鋼材料開展了研究，特別是寶鋼、武鋼、上汽集團(tuán)等單位在高強度鋼領(lǐng)域有突出地位。國家科技部已將“500MPa以上高強度鋼的先進(jìn)制造技術(shù)”列為了863重點支持項目。20精選ppt高強鋼若干典型實例液壓成型車架、后副車架、油底殼、發(fā)動機托架、儀表板橫梁等，可以看出，國內(nèi)的汽車高強度鋼應(yīng)用范圍已經(jīng)十分廣泛。21精選ppt廠家/MPa/MPa/%n備注寶鋼403.0628.035.0226080.22-NKK414.0628.034.0211010.21-USS399.7626.730.5--ASTM50標(biāo)距寶鋼TRIP600與國外同類鋼的典型性能寶鋼生產(chǎn)的高強度鋼的強度等級為600MPa以上，性能與國外同類鋼相差無幾，但在國產(chǎn)轎車上還沒有正式采用，相關(guān)的加工和成型技術(shù)也必須依賴國外。22精選ppt汽車用高強度鋼的減重潛能相對于傳統(tǒng)的340MPa的材料,600MPa級的鋼種在理論上的減重潛能大約為20%.然而,對于800MPa的材料,其減重潛能會提高至30%以上.Sumitomo公司的論文闡述了生產(chǎn)車輪用的700MPa和800MPa的熱軋鋼的發(fā)展.可達(dá)到該目標(biāo)強度的化學(xué)成分為低碳,硅,錳,鉻以及鈮和鈦微合金化元素.23精選ppt高強度鋼在主要零部件及研究的內(nèi)容如下：(要考慮成形方式)擋泥板：抗凹陷性與回彈（先進(jìn)高強度鋼與鋁比較），粘接性能與焊接性能；提升式門：抗凹陷性評估，成形與裝配工藝研究，不同材料的結(jié)構(gòu)耐久性試驗評估；車輪：強度更高、成形性能更好的車輪用鋼開發(fā),以滿足進(jìn)一步減重及靈活生產(chǎn)的需要開發(fā)低成本，高尺寸精度的制造技術(shù)與鋁車輪競爭，開發(fā)具有成本優(yōu)勢的車輪外觀裝飾系統(tǒng)，用于在鋼車輪骨架上安裝永久性鑄鋁外飾件，研究車輪導(dǎo)致車輛振動的根本原因，并通過系統(tǒng)設(shè)計的改進(jìn)予以消除，開發(fā)車輪焊接新技術(shù)；輕型載貨車車架：高剛度的輕型載貨車車架連接技術(shù)，車身車架一體化設(shè)計方法；油箱：開發(fā)新材料品種（在道路環(huán)境和各種燃油條件下可使用15年）、新設(shè)計方法和制造方法，以在與塑料油箱的性能、質(zhì)量、價格競爭中取勝;24精選ppt座椅:開發(fā)強度級別應(yīng)在500~1400MPa、成形性能優(yōu)良(彎曲半徑小、孔伸長率高)的新型高強度鋼,滿足座椅零件的需要；皮卡車廂和提升式車門：高強度鋼的焊接性能與成形性能，提高鋼的減重、成本競爭力；儀表板橫梁：管狀截面高強度鋼儀表板橫梁的設(shè)計與制造技術(shù)；支座與支架：開發(fā)新一代微合金鋼,使工作應(yīng)力從目前600MPa提高到750MPa，輥壓與液壓成形生產(chǎn)設(shè)備開發(fā)，近凈成形工藝與設(shè)備開發(fā)；懸架彈簧：開發(fā)工作應(yīng)力達(dá)1300MPa以上的新型彈簧鋼，開發(fā)可控失效彈簧鋼用于單片彈簧，開發(fā)低成本的涂層及耐蝕彈簧材料。25精選ppt其它輕量化材料

鋁具有高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，密度小，塑性好，易成型，易回收利用。鑄、鍛、沖壓工藝均適合于其零件制造，在汽車上的用量將明顯增加。

鎂的密度為鋁的2/3、鋼的1/4。鎂具有較高的比強度和比彈性模量、良好的剛性和抗電磁干擾屏蔽性、高的阻尼性能和減震抗沖擊能力，其切削加工性和尺寸穩(wěn)定性優(yōu)于鋁。鎂合金易于回收利用，其應(yīng)用極為廣泛，也是汽車工業(yè)中最有發(fā)展前景的輕金屬結(jié)構(gòu)材料。工程塑料（？？？）26精選ppt第二節(jié)鋁及鋁合金

一、鋁及鋁合金性能特點

純鋁具有銀白色金屬光澤,密度小(2.72),熔點低(660.4℃),導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。耐大氣腐蝕，易于加工成形.具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。鋁合金制造的機翼27精選ppt鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。

鋁合金型材鋁鑄件28精選ppt可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化兩類。鋁合金分類示意圖二、鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。29精選ppt三、鋁合金的熱處理

并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。

可熱處理強化變形鋁合金的熱處理方法：固溶處理+時效。固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫加熱固溶淬火過飽和時效析出30精選ppt在室溫下進(jìn)行的時效稱自然時效；在加熱條件下進(jìn)行的時效稱人工時效。時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關(guān)。

溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)峰值，超過峰值時間,析出相聚集長大，強度下降，為過時效。隨時效溫度提高，峰值強度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。含4%Cu鋁合金的時效曲線

時效時間/d31精選ppt時效時間屈服強度時效峰過時效亞時效鋁合金的熱處理32精選ppt四、鋁合金的牌號、性能及用途

1、變形鋁合金⑴變形鋁及鋁合金牌號表示方法

根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接引用國際四位數(shù)字體系牌號或采用國標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號。全世界鋁的用量百萬噸一次生產(chǎn)量二次回收量總用量33精選pptGB3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為:防銹鋁合金：LF+序號

硬鋁合金：LY+序號

超硬鋁合金：LC+序號鍛鋁合金：LD+序號鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬34精選ppt⑵常用變形鋁合金①防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是衛(wèi)星天線（LF2）提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進(jìn)行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。35精選ppt汽化器(熱交換管為LF21)常用的Al-Mn系合金有

LF21（3A21），其抗蝕性和強度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05）,其密度比純鋁小，強度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。36精選ppt②硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M(jìn)行時效強化，也可進(jìn)行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)取?/p>

飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)37精選ppt③超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時效強化效果超過硬鋁合金。熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件,如飛機大梁、起落架等。飛機主起落架38精選ppt④鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。壓氣機葉片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金

常用牌號有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機葉片、超音速飛機蒙皮等。39精選ppt美F-117隱身戰(zhàn)斗機

(所用材料大部分是鋁合金)高比強鋁合金機翼40精選ppt2、鑄造鋁合金包括：Al-Si系：代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號⑴Al-Si系鑄造鋁合金

又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明。

577℃12.7%41精選ppt在普通鑄造條件下，ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和固溶體組成，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理,得到細(xì)小均勻的共晶體加一次固溶體組織，以提高性能。未變質(zhì)處理

經(jīng)變質(zhì)處理

ZL102的鑄態(tài)組織42精選ppt加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能?；钊?裙部為鋁硅合金)用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風(fēng)機葉片、發(fā)動機活塞等。43精選ppt⑵Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。44精選ppt⑶Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強度高，密度??；但鑄造性能差,耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件,如艦船配件、氨用泵體等。鼓風(fēng)機密封件等(ZL102、301)45精選ppt⑷Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。46精選ppt第三節(jié)鈦及鈦合金

一、工業(yè)純鈦

純鈦密度小，熔點高。882.5℃發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變-Ti?-Ti,由體心立方-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕?Ti.純鈦比強度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好。美F-22戰(zhàn)機約36%重量的零件用鈦合金制造47精選ppt純鈦主要用于350℃以下工作、強度要求不高的零件，如石油化工用熱交換器、反應(yīng)器，海水凈化裝置及艦船零部件。鈦鋼復(fù)合反應(yīng)釜鈦管換熱器鈦制蒸餾塔48精選ppt二、鈦合金純鈦加入合金元素形成鈦合金。鈦合金幾乎都含有鋁。鋁能提高鈦合金的強度、比強度和再結(jié)晶溫度.按退火組織，鈦合金可分為型鈦合金、型鈦合金和+型鈦合金三類，它們的牌號分別用TA、TB、TC加順序號表示。如TA5、TB2、TC4等。其中TA0~TA3為工業(yè)純鈦。鈦合金泵49精選ppt1、型鈦合金主加元素為鋁，還有錫、硼等。

不能熱處理強化，通常在退火狀態(tài)下使用,組織為單相固溶體。強度低于另兩類鈦合金，但高溫強度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越。

鈦合金氫泵誘導(dǎo)輪鈦合金氫泵殼體50精選ppt常用牌號有TA5、TA7等主要用于制造500℃以下工作的零件，如飛機壓氣機葉片、導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機的蝸輪機匣及飛船上的高壓低溫容器等。鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金液下泵-Ti合金組織51精選ppt2、型鈦合金加入的合金元素有鉬、鉻、釩、鋁等。經(jīng)淬火加時效處理后，組織為相基體上分布著細(xì)小的相粒子。這類合金強度高，但冶煉工藝復(fù)雜，難于焊接,應(yīng)用受到限制。鈦合金管鈦合金管應(yīng)用52精選ppt型鈦合金有TB2、TB3、TB4三個牌號。主要用于350℃以下工作的結(jié)構(gòu)件和緊固件,如飛機壓氣機葉片、軸、彈簧、輪盤等。鈦合金棒β鈦合金眼鏡架鈦離心泵53精選ppt3、+型鈦合金加入的合金元素有鋁、釩、鉬鉻等?？蛇M(jìn)行熱處理強化，強度高，塑性好，具有良好的熱強性、耐蝕性和低溫韌性。鈦合金列管式換熱器54精選ppt+型鈦合金共有九個牌號,其中以TC4應(yīng)用最廣、用量最大，其經(jīng)過淬火加時效處理后,組織為++時效析出的針狀。α+β鈦合金組織(電鏡)α+β鈦合金組織55精選ppt+型鈦合金主要用于制造400℃以下工作的飛機壓氣機葉片、火箭發(fā)動機外殼、火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體等。

生物醫(yī)用材料飛機壓氣機葉片56精選ppt第四節(jié)鎂及鎂合金

鎂及其合金是最輕的結(jié)構(gòu)材料之一,由于鎂合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性能、高的比度、比剛度、減震性、加工工藝性能和易回收、有利于環(huán)保等特性,因此早已引起航空工業(yè)和汽車工業(yè)注意。57精選ppt鎂合金的研究和應(yīng)用至今有一百多年的歷史。鎂在1755年被首次發(fā)現(xiàn)，1808年英國科學(xué)家戴維在實驗室從汞合金中制得純鎂。1830年英國科學(xué)家法拉第用電化學(xué)的方法從熔融氯化鎂獲得鎂。1886年在德國的Bremen附近創(chuàng)建了世界上第一個電解鎂廠，開始鎂的工業(yè)化生產(chǎn)。二戰(zhàn)期間，鎂合金的研究與應(yīng)用獲得較大發(fā)展，二戰(zhàn)結(jié)束后，在民用工業(yè)上開始開發(fā)和應(yīng)用鎂合金，后來由于鎂合金研究遇到困難和價格因素，使鎂合金材料的研發(fā)停滯不前。進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期，由于環(huán)境和能源問題越來越突出，因此又重新喚起人們對鎂的重視。近年來，鎂合金的研究與開發(fā)成為金屬材料領(lǐng)域的熱點。58精選ppt一、鎂合金的研究開發(fā)概況

目前在汽車行業(yè)中,鎂合金材料主要應(yīng)用于車內(nèi)部件、發(fā)動機部件、傳動系統(tǒng)部件等,其使用或正在開發(fā)的鑄件有:儀表盤骨架、閥殼、齒輪箱、座椅骨架、轉(zhuǎn)向盤、變速箱殼體、離合器外殼、缸蓋、進(jìn)氣歧管、車輪、車門框架、前燈支承托架、制動/離合器踏板托架、駕駛桿等幾十種產(chǎn)品。

59精選ppt一、鎂合金的研究開發(fā)概況

目前鎂合金應(yīng)用發(fā)展勢頭最大的國家和地區(qū)是:北美和歐洲、日本、韓國和中國臺灣地區(qū)。在北美、歐洲,鎂合金主要應(yīng)用領(lǐng)域是汽車行業(yè);亞洲各國普遍側(cè)重于鎂合金在3C類產(chǎn)品上的應(yīng)用。變形鎂合金也開始受到各國重視。60精選ppt二、鎂合金成型工藝進(jìn)展(1)鎂合金熔煉技術(shù)鎂化學(xué)性質(zhì)較活潑,在大氣中熔煉時,鎂合金容易氧化和燃燒,因此常采用合金液阻燃技術(shù)和變質(zhì)處理技術(shù)。(2)鎂合金鑄造成型技術(shù)生產(chǎn)工藝主要是鑄造工藝和變形工藝,鑄造工藝主要有壓力鑄造、砂型鑄造、低壓鑄造、精密鑄造、擠壓鑄造和半固態(tài)壓力鑄造等,變形工藝主要為鍛造和沖壓。鑄造成形方法中以壓力鑄造應(yīng)用最廣泛。61精選ppt三、新型鎂合金材料開發(fā)及存在的主要問題(1)高溫抗蠕變鎂合金

(2)高韌性鎂合金(3)高強度鎂合金(4)高耐腐蝕性鎂合金(5)變形鎂合金62精選ppt四、抗蠕變耐熱鎂合金

鎂合金的高溫變形特點是晶內(nèi)位錯運動與晶界滑移相結(jié)合。因此，耐熱鎂合金的設(shè)計思路是：遵循強化基體與晶界、限制基體位錯運動及阻止晶界滑移的原則，綜合運用基體的固溶強化、時效強化和彌散強化，以及彌散小顆粒對晶界的釘扎作用等復(fù)合強化機制，實現(xiàn)提高鎂合金耐熱性的目的。63精選ppt從限制位錯運動和強化晶界入手，通過引入熱穩(wěn)定性高的第二相、在晶界處形成適當(dāng)?shù)慕饘匍g化合物取代晶界上原有的存在相等手段可實現(xiàn)提高鎂合金高溫蠕變抗力的目的。在鎂合金中加入能形成較高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的金屬間化合物的合金元素，是改善鎂合金抗蠕變性能最有效的途徑。64精選ppt合金元素對鎂合金性能的影響Al低溫下固溶強化、沉淀強化；增加合金的流動性RE增加合金的流動性；高溫和低溫下固溶強化、沉淀強化；提高耐蝕性能Th有效提高合金的高溫強度和抗蠕變性能Y細(xì)化晶粒；提高合金的高溫強度和抗蠕變性能；提高耐蝕性能Zn增加合金的流動性；固溶強化Zr細(xì)化晶粒；和Fe、Al、Si元素親和提高合金室溫抗拉強度Mn形成Fe-Mn化合物沉淀強化；細(xì)化晶粒；提高合金抗蠕變性能和耐蝕性能Si降低合金流動性；和Al，Zn，Mg元素親和細(xì)化晶粒；提高合金抗蠕變性能65精選pptMg-Al及Mg-Zn系合金:Mg-Al及Mg-Zn系合金是最早用于鑄件生產(chǎn)的二元系鎂合金，許多新型的鎂合金均是在這兩類合金的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。這兩類鎂合金的抗蠕變耐熱性能均不高。提高鎂合金高溫抗蠕變性能。通常采用的方法是降低鋁含量，以減少熔點低且在高溫下容易軟化和粗化的Mg17Al12相。此外，還可加入容易形成較高穩(wěn)定性彌散相的合金元素，以形成熱穩(wěn)定性高的金屬間化合物，從而改善鎂合金的高溫蠕變性能

66精選pptMg-RE系耐熱鎂合金對于鑄造鎂合金而言，稀土是改善其耐熱性能最為有效和最具實用價值的合金元素，這是因為：(1)稀土使晶界擴散滲透性降低，相界的凝聚作用減慢，且所形成的第二相在整個持續(xù)時間內(nèi)始終是位錯運動的有效障礙；(2)稀土元素可減少金屬氧化物缺陷以及改變其結(jié)晶晶格參數(shù)；(3)大部分稀土元素與Mg的原子尺寸接近，以稀土為主要合金元素的鑄造Mg合金，在室溫和高溫下固溶強化和沉淀效果好，特別是在Mg中加入三價稀土元素后電子濃度提高，原子結(jié)合力增強，在200-300℃之間固溶度變化較小，時效析出比較均勻，相界附近濃度梯度變化較小。上述因素有助于阻止高溫下Mg合金的晶界遷移和減小擴散蠕變，從而使鎂合金具有優(yōu)良的高溫抗蠕變性能。67精選ppt儲氫材料

68精選ppt一、緒言

氫－二十一世紀(jì)的綠色能源;69精選ppt1.1能源危機與環(huán)境問題化石能源的有限性與人類需求的無限性－石油、煤炭等主要能源將在未來數(shù)十年至數(shù)百年內(nèi)枯竭?。。。萍既請螅?004年2月25日，第二版）化石能源的使用正在給地球造成巨大的生態(tài)災(zāi)難－溫室效應(yīng)、酸雨等嚴(yán)重威脅地球動植物的生存?。。∪祟惖某雎泛卧?？－新能源研究勢在必行?。?！70精選ppt1.2氫能開發(fā)，大勢所趨氫是自然界中最普遍的元素，資源無窮無盡－不存在枯竭問題氫的熱值高，燃燒產(chǎn)物是水－零排放，無污染，可循環(huán)利用氫能的利用途徑多－燃燒放熱或電化學(xué)發(fā)電氫的儲運方式多－氣體、液體、固體或化合物71精選ppt1.3實現(xiàn)氫能經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)廉價而又高效的制氫技術(shù)安全高效的儲氫技術(shù)－開發(fā)新型高效的儲氫材料和安全的儲氫技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急車用氫氣存儲系統(tǒng)目標(biāo)：IEA:質(zhì)量儲氫容量>5%;體積容量>50kg(H2)/m3DOE:>6.5%,>

62kg(H2)/m372精選ppt二、不同儲氫方式的比較氣態(tài)儲氫：能量密度低不太安全液化儲氫：能耗高對儲罐絕熱性能要求高73精選ppt固態(tài)儲氫的優(yōu)勢：體積儲氫容量高無需高壓及隔熱容器安全性好，無爆炸危險可得到高純氫，提高氫的附加值74精選ppt2.1體積比較75精選ppt2.2氫含量比較76精選ppt三、儲氫材料技術(shù)現(xiàn)狀3.1金屬氫化物3.2配位氫化物3.3納米材料77精選ppt金屬氫化物儲氫特點反應(yīng)可逆氫以原子形式儲存，固態(tài)儲氫，安全可靠較高的儲氫體積密度Abs.Des.M+x/2H2MHx+?H78精選pptPositionforHoccupiedatHSM

HydrogenonTetrahedralSitesHydrogenonOctahedralSites79精選ppt3.1金屬氫化物儲氫目前研制成功的：稀土鑭鎳系鈦鐵系鎂系鈦/鋯系80精選ppt稀土鑭鎳系儲氫合金

典型代表：LaNi5,荷蘭Philips實驗室首先研制

特點：活化容易平衡壓力適中且平坦，吸放氫平衡壓差小抗雜質(zhì)氣體中毒性能好適合室溫操作

經(jīng)元素部分取代后的MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土，主要成分La、Ce、Pr、Nd)廣泛用于鎳/氫電池81精選pptPCTcurvesofLaNi5alloy

82精選ppt鈦鐵系典型代表：TiFe，美Brookhaven國家實驗室首先發(fā)明價格低室溫下可逆儲放氫易被氧化活化困難抗雜質(zhì)氣體中毒能力差實際使用時需對合金進(jìn)行表面改性處理83精選pptPCTcurvesofTiFealloy

TiFe(40℃)84精選pptTiFealloy

Characteristics:twohydridephases;phase(TiFeH1.04)&

phase(TiFeH1.95)2.13TiFeH0.10+1/2H2→2.13TiFeH1.042.20TiFeH1.04+1/2H2→2.20TiFeH1.95

85精選ppt鎂系典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven國家實驗室首先報道儲氫容量高資源豐富價格低廉放氫溫度高（250－300℃）放氫動力學(xué)性能較差改進(jìn)方法：機械合金化－加TiFe和CaCu5球磨，或復(fù)合86精選ppt鈦/鋯系具有Laves相結(jié)構(gòu)的金屬間化合物原子間隙由四面體構(gòu)成，間隙多，有利于氫原子的吸附TiMn1.5H2.5日本松下（1.8％）Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4活性好用于：氫汽車儲氫、電池負(fù)極Ovinic

87精選ppt3.2配位氫化物儲氫堿金屬（Li、Na、K）或堿土金屬（Mg、Ca）與第三主族元素(B、Al)形成儲氫容量高再氫化難(LiAlH4在TiCl3、TiCl4等催化下180℃，8MPa氫壓下獲得5％的可逆儲放氫容量)88精選ppt金屬配位氫化物的的主要性能℃89精選ppt3.3碳納米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授發(fā)現(xiàn)CNTs90精選ppt納米碳管儲氫-美學(xué)者Dillon1997首開先河

單壁納米碳管束TEM照片多壁納米碳管TEM照片91精選ppt納米碳管吸附儲氫：HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR，RT，10MPa)92精選ppt納米碳管電化學(xué)儲氫開口多壁MoS2納米管及其循環(huán)伏安分析循環(huán)伏安曲線93精選ppt納米碳管電化學(xué)儲氫94精選ppt多壁納米碳管電極循環(huán)充放電曲線，經(jīng)過100充放電后

保持最大容量的70％單壁納米碳管循環(huán)充放電曲線，經(jīng)過100充放電后保持最大容量的80％95精選ppt碳納米管電化學(xué)儲氫小結(jié)

純化處理后多壁納米碳管最大放電容量為

1157mAh/g，相當(dāng)于4.1％重量儲氫容量。經(jīng)過100充放電后，其仍保持最大容量的