【華源原創】從(cóng)專利角度看(kàn)，鎂鋁合金在汽車輕量化中的應用
時間: 2022-03-22 10
北京康信華源知識産權咨詢有限公司
劉铖 柯婷婷
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汽車的輕量化，就(jiù)是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可(kě)能地降低汽車的整備質量，從(cóng)而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。由于全社會對環保和節能的日(rì)益重視，汽車的輕量化已經成爲世界汽車發展的潮流。
1、鎂鋁合金是汽車輕量化的主要措施
1.1 鎂鋁合金汽車輕量化應用技術(shù)專利申請(qǐng)活躍
鋼鐵一直是汽車生(shēng)産中使用最多的材料。而鋁的密度大(dà)約是鋼的1/3，鎂是1/4。且二者還(hái)具有熱(rè)導率高、耐腐蝕好、加工(gōng)性能優良、阻尼減振、容易回收等優點。因此采用鎂合金、鋁合金等輕質材料替代鋼鐵，是最爲可(kě)行也是當前應用最廣的措施。
這一點從(cóng)鎂鋁合金汽車輕量化應用技術(shù)的專利申請(qǐng)趨勢也得(de)到了充分(fēn)的表現（下圖），近十年(nián)來(lái)相(xiàng)關專利申請(qǐng)量快(kuài)速增長。上圖還(hái)同時從(cóng)産業鏈的角度顯示了鎂鋁合金汽車輕量化應用技術(shù)三個環節的專利發展趨勢。三個環節分(fēn)别爲材料組分(fēn)、材料和部件(jiàn)加工(gōng)和專用設備。全球相(xiàng)關專利中加工(gōng)、設備分(fēn)支的專利申請(qǐng)總量較多，分(fēn)别占40%和27%，且在近幾年(nián)出現明顯的增長，是該領域研發熱(rè)度最高的技術(shù)方向。相(xiàng)對地，鋁鎂合金組分(fēn)的相(xiàng)關專利在早期較多，呈現相(xiàng)對穩定的申請(qǐng)量，但(dàn)近幾年(nián)鮮有布局。這說(shuō)明本領域目前的研發活動主要集中在産品應用方向，進入了産業發展的活躍階段。1.2 各國(guó)鋁鎂合金汽車輕量化應用技術(shù)的發展側重不同中國(guó)、美國(guó)和日(rì)本是整個鋁鎂合金領域研發活動最爲活躍和市場最受關注的地區。我國(guó)在三個領域的專利數量均排名第一。我國(guó)在《新材料産業發展指南(nán)》中，将應用于節能與新能源汽車的高強鋁合金和高強韌鎂合金列爲了先進有色金屬材料的重點發展方向之一。同時也納入了新材料産業中先進基礎材料的範疇。極大(dà)地促進了鋁鎂合金汽車輕量化應用技術(shù)的發展。日(rì)本汽車曆來(lái)重視輕量化問(wèn)題。在加工(gōng)和設備兩個貼近産業應用的領域投入較多。相(xiàng)比之下，美國(guó)的專利分(fēn)布正好相(xiàng)反，材料組分(fēn)的專利相(xiàng)對較多，加工(gōng)和設備偏少。可(kě)以推斷美國(guó)在輕量化的産業應用方面相(xiàng)對較少，反應在産品上就(jiù)給了人(rén)們一種美國(guó)車“又重又大(dà)”的印象。2.1 加工(gōng)難度限制了鎂合金材料的應用鎂合金較鋁合金的密度更低，約爲2/3，且材料性能方面擁有更多的優點。如(rú)阻尼減振、散熱(rè)性好和容易回收等，是被公認最具發展潛力的汽車輕量化材料，是未來(lái)汽車輕量化材料的發展方向。但(dàn)由于鎂合金成型技術(shù)的難度較大(dà)，導緻應用範圍較鋁合金還(hái)較小。目前，鎂合金的成型主要依靠鑄造技術(shù)，尤其是壓鑄技術(shù)。但(dàn)是，壓鑄設備昂貴、生(shēng)産成本高，且鑄造和壓鑄的普遍缺陷爲縮孔和疏松，這些缺陷降低了鎂合金的力學性能，極大(dà)地限制了鎂合金的應用。2.2 擠壓成型是提高鎂合金應用範圍的關鍵技術(shù)鑒于塑性變形能夠提高鎂合金的綜合力學性能，近年(nián)來(lái)，擠壓、鍛造、超塑性成型等成型技術(shù)逐漸在鎂合金産品上應用。尤其是擠壓成型在有色金屬加工(gōng)過程中，是一種高效、優質、低消耗的精密成型技術(shù)。全球相(xiàng)關專利近十幾年(nián)來(lái)的快(kuài)速增長（下圖）反映了業界對這一技術(shù)關注度的提高。從(cóng)技術(shù)演進來(lái)看(kàn)（下圖），鎂合金擠壓成型技術(shù)的研發主要是圍繞着工(gōng)藝改進和原材料改進兩條路(lù)線發展的。工(gōng)藝改進方面，早期主要是減少模具工(gōng)裝和設備且降低成本的擠壓工(gōng)藝技術(shù)。例如(rú)，專利CN1478917A公開了擠壓工(gōng)藝參數優化，獲得(de)準晶增強快(kuài)速凝固高強度變形鎂合金的方案。專利CN101234401A提出對具有密排六方晶格的塑性較低的鎂合金，通過擠壓獲得(de)的三向 壓應力狀态有利于提高材料塑性的方案。近年(nián)來(lái)，爲了解決鎂合金密排流放(fàng)結構、變形能力差的技術(shù)問(wèn)題，工(gōng)藝改進逐漸側重于如(rú)何細化鎂合金晶粒，提高材料強度和塑性。例如(rú)，專利CN106148777A公開了通過合金液澆注至模具中快(kuài)速冷(lěng)卻，細化組織的方案。專利CN107081341A提出通過擠壓坯料的兩次加熱(rè)和小擠壓比中低溫快(kuài)速擠壓細化組織。原材料改進方面，主要針對常用商用變形鎂合金Mg-Al-Zn系合金的組分(fēn)改進（例如(rú)專利CN1876871A），以及通過加入微量合金元素（例如(rú)專利CN103526090A）或稀土(tǔ)（例如(rú)專利CN103215481A）等成分(fēn)進行鎂合金組分(fēn)改進。我國(guó)汽車單車用鎂量的規劃計(jì)劃在2030年(nián)達到45kg。發展鎂合金擠壓成型技術(shù)對擴大(dà)鎂合金在汽車生(shēng)産中的應用範圍将起到關鍵作(zuò)用。可(kě)以使儀表盤支架、輪毂、大(dà)燈支架、離(lí)合器殼體(tǐ)、曲軸箱等各類殼體(tǐ)類、支架類部件(jiàn)逐步實現鎂合金材料的替代，進一步降低汽車的質量，更好地實現節能減排，提高市場競争力。同時也契合了我國(guó)提出的碳中和、碳達峰戰略目标。
關鍵詞：
汽車專利,專利,專利申請(qǐng),專利數據,知識産權
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