鎂合金材料在鐵道車輛上的應用探究

摘 要：鎂合金具有重量輕、比強度和比剛度高，阻尼、吸震、減噪性能、導熱、電磁屏蔽性能及切削加工性能良好等一系列的優點，基于此，它是最有可能成為繼鋁合金之后會被廣泛用于鐵道車輛的一種輕合金材料。本文結合了鎂合金材料的一系列優缺點，對其在鐵道車輛上的應用現狀及目前所存在的主要問題進行了探究。

關鍵詞：鎂合金；鐵道車輛；探究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.017

采用更高強度和更低質量的新型材料是車輛上為了適應鐵路大提速所采取的措施，到目前為止，鐵道車輛各零部件上大多數仍然采用的是鋁合金材料，鑒于此種情況，能否探究到比鋁合金更輕的輕合金材料去代替它便顯得相當重要。就目前鎂合金的發展趨勢來看，它最有可能成為繼鋁合金之后會被廣泛用于鐵道車輛的一種輕合金材料。

1 鎂合金材料的優點

（1）重量輕、比強度和比剛度都相對較高。鎂合金的密度為1.8 g/cm3 ，僅是鋁合金的2/3 ，是近些年來在實際應用中質量最輕的一種金屬材料，即便如此，它的比強度、比剛度卻遠大于鋼材和鋁合金[1]。

（2）阻尼、吸震、減噪性能良好。與目前廣泛用于鐵道車輛零部件上的鋁合金材料相比，鎂合金材料不但質量輕，而且它的吸震和減噪性能也相當優異。

（3）導熱性能、電磁屏蔽性能良好。對于壓鑄件壁厚而言，鎂合金材質較鋁合金材質可以做的薄一點，而壁厚越薄，散熱效果越好，所以鎂合金件的散熱效果要比鋁合金件快得多。另外，鎂合金材料屏蔽電磁干擾的能力也非常好，特別適合用于制作對電磁干擾標準要求嚴格的一些車輛零部件。

（4）良好的切削加工性能。鎂合金材料的切削速度要比其他金屬都高一些，而且在使用過程中不需要磨削、拋光處理等工序便可得到非常精細的加工表面。

（5）資源非常豐富。鎂是地球上儲量最豐富的元素之一，在地殼表層金屬礦中的含量大約為 2.35%，其儲量僅次于Al和Fe。除此之外，鎂在鹽湖及海洋中也有大量儲量。

2 鎂合金的缺點

雖然鎂合金具有上述諸多優點，但其缺點也有很多，故而在很大程度上限制了其進一步應用，其缺點主要表現在以下兩個方面：

（1）易燃性：鎂和氧的親和力非常高，從而導致鎂非常容易與空氣中的氧發生化學而生成氧化鎂，而氧化鎂的導熱性能非常差，從而更進一步加劇了氧化反應的進行。

（2）耐腐蝕性能差：鎂合金化學性質非常活潑，在與其他金屬接觸時非常容易充當陽極而與其發生電化學反應，從而被腐蝕。

3 鎂合金材料在鐵道車輛上的應用現狀

由于金屬加工制造技術水平的不斷提升，鎂合金作為重要的工程材料是軌道車輛制造技術將來發展的必然趨勢，與鋁合金材料相比較，鎂合金資源豐富的這種優勢更有利于推動它的發展與利用，而且已經在高速列車應用過程中取得了良好的收益[2]。

截至目前，已經報道了很多關于鎂合金在國外軌道客車上應用的相關案例。例如，法國TGVDuplex雙層高速列車座椅上已經應用采用了鎂合金件，除此之外，韓國KTX特快列車在座椅基座上也使用了鎂合金材料制造，而采用鎂合金材料比之前采用鋁合金和玻璃鋼使得每個座椅減重大約5kg[3]。

由于目前我國對于鎂合金材料性能的掌握嚴重不足，很多零部件的使用性能無法充分被利用，因此，現階段鐵道車輛許多重要承載構件仍然無法用鎂合金材料替代鋁合金材料，鑒于此，只能在某些承載要求不太高的零部件方面進行替代。

（1）25G型行李車鎂合金空調通風格柵。該鎂合金空調通風格柵被用于25G型行李車中，它的主要功能是保證空調系統的回風需要。此空調通風格柵主要由外框和隔格等零部件組成，且它的外框和格柵均采用鎂合金擠壓型材制造[4]。

（2）鎂合金臥鋪框架。據統計，我國旅客列車軟臥車的臥鋪框架（鎂合金產品）已經完全達到了裝車試驗和應用水平。該鎂合金臥鋪框架主要由臥鋪邊框、底板、扶手和支座等零部件組成，它的主要功能是支撐軟臥墊，并承受臥鋪以上相應的載荷。同時，該軟臥臥鋪框架的邊框、底板、扶手等零部件也均采用了鎂合金制品[5]。

4 鎂合金材料在鐵道車輛應用上存在的問題

（1）由于鎂合金的晶體結構為密排六方，因此，如果經軋制或者定向擠壓等加工處理后，極易形成基面織構，從而導致鎂合金的力學性能在各個方向上都不一致。

（2）鎂合金化學性質非常活潑，在空氣中特別容易被氧化和腐蝕。

（3）常規的焊接方法不適用于鎂合金制品焊接。

（4）目前，我國在鎂合金的寬幅擠壓工藝方面的技術還不太成熟，想要用它來制造大斷面擠壓型材還需要做進一步探究和試驗。

（5）鎂合金的強度在高溫和室溫環境下的差別較大，大多數鎂合金制品的應用環境溫度一般不超過150℃。

（6）到目前為止，我國的鎂合金材料加工及其制件的生產規模較小，沒有實現產業化，生產沒有延續性，且生產成本相較其他同類產品略微偏高。

5 結束語

盡管鎂合金有以上許多其他材料所不具備的優勢，但是，鎂在所有結構金屬中電位最低，這就導致其化學活性非常之高，再加之鎂合金內部存在多相結構，從而使得鎂合金制品很容易被氧化或腐蝕。同時，從目前鎂合金材料的發展狀況來看，想要將鎂合金制品廣泛應用在鐵道車輛零部件上，無論是加工工藝、焊接方法還是制造成本控制都還有很長的路要走。

參考文獻：

[1]丁文江，吳玉娟，彭立明等.高性能鎂合金研究及應用的新進展[J].中國材料進展，2004，29（08）：37-44.

[2]朱亞利.超疏水鎂合金表面的構建及耐腐蝕性能研究[D]. 蘭州交通大學，2016.

[3]李巖，郭建強，孫召進，林君山.鎂合金在軌道客車上的應用及展望[J].現代商貿工業，2012（01）：276-277.

[4]李瑞淳.鎂合金在現代鐵道車輛上的應用探討[J].鐵道車輛， 2010，48（09）：18-21.

[5]李瑞淳.鎂合金在高速列車上的應用與開發[J].鐵道機車車輛， 2011，31（06）：59-62.

作者簡介：朱亞利（1989-），女，甘肅平涼人，碩士，助教，主要從事鐵道車輛方面的研究。