車架行業中一顆冉冉升起的新星

知識 08-19

如大家所熟知的，在山地車車架製造中，市場上常見的材料有鋼，鋁合金，鈦合金，鈧合金，碳纖維等等。

鎂迪龍山地自行車，以鎂合金材料車架為主業，是車架行業中一顆冉冉升起的新星。那麼鎂合金材料車架都有哪些優勢呢？

鎂合金的密度為1.7，只有鋼的21％，鋁合金的60％，其輕量化的優點十分明顯。另外，鎂合金的一系列優越性，在自行車的應用中，具有高剛性、高抗彎曲性；優良的吸震性，吸收衝擊和振動，鎂的吸震效果是鋁的25倍，使得自行車擁有更好的騎行舒適性；它的高溫擠壓成形工藝性良好，擠壓薄壁鎂合金管件，顯著減輕車重；材料無污染，二次回收利用簡單，是綠色材料。

自行車的重要承重結構是車架，所有整體重量集中的部件，因此我們要選擇加倍輕質又具備良好綜合力學性能的材質鎂合金車架，為自行車減重、輕便。

密度、彈性模量、拉伸長度、拉伸強度、斷裂強度、韌性——這一系列自行車車架所需的結構材料的力學性能參數，在鎂合金經過控制鎂鋁鋅錳微量雜質等分、適當的成形處理方法等措施後，其拉伸強度和硬度會得到相應的提高，強度和彈性模量也會符合車架需求，並且其本身較高的阻尼係數可以吸收衝擊能量減少對騎行者的影響，延長自行車的壽命。

因為鎂合金適用於自行車的優異性能，許多國家、企業和研究開發機構對鎂合金及其成形技術非常重視，投人許多人力、財力進行研究開發，得到了非常好的效果。

最初許多國家的研發人員把鎂合金運用在自行車的手把、前叉、腳踏板等少數零件上。後來在鎂合金自行車車架的研發過程中發現，鎂合金在經過截面變化及表面處理的變形過程後，減少了鎂合金性能低的一些不利因素，使其使用性能得以改善。故鎂合金材料的性能可以滿足自行車架的需求，於是開始大量應用在車架、輪圈、豎管、齒輪盤等零件。

研發的鎂合金摺疊自行車車架只有1．4公斤重量，自行車全車總重量僅為4公斤，自行車變得輕便、速度快、舒適安寧、良好的避震效果，並且很好的改善了加速、爬坡、轉彎、操縱性能。

車架行業中一顆冉冉升起的新星

鎂合金舊問題的解決

事實上，熔化鎂所消耗的能量雖大於熔化鋅，但卻小於熔化鋁。而當今的無助劑熔鎂技術和添加硫氟化物(SF6)技術，已能控制使熔化鎂時的耗損減至最低。同時鎂合金的良好切削性能和可控制的極小壓鑄誤差，以及很高的壓鑄生產率，都使得鎂的應用成本大為下降。

鎂合金製件的腐蝕問題，已藉助添加墊片等簡易技術及新型表面處理技術得以解決。

鎂的易燃問題亦已通過各種措施得到解決，實際上，鎂鑄件並不像鎂粉那樣存在易燃問題，對於熔融狀態的鎂合金件或在高速切削時的高燃燃性也早已有了相應措施。

因此，上述疑慮在當今技術條件下無需擔心，而鎂合金的下列獨特優點卻使材料領域的這顆新星更加熣燦。

車架行業中一顆冉冉升起的新星

鎂合金對比其他合金的優勢

大眾車友接觸得最多的自行車材料就是鋁合金。

而現實是，我國鋁資源礦石總儲量只佔世界的2.96%，位居世界第九，每年均需大量進口。

據估算，照目前的發展速度，大概在十年以內，國內鋁礦石資源就會枯竭。而長期依賴澳大利亞的鋁礦進口也為國內供應增加了不可控因素，不說進口的價格被牢牢掌握在對方手裡，一旦兩國在政治上發生對抗或者關係走僵，就會對資源供給造成非常大的威脅。如果澳大利亞方面今天說是300美金的價格，明天升到700美金，中國無法討價還價，因為這是一個賣方市場。

那麼在鋁資源枯竭的情況下我們要找哪種材料來替代?鎂是地球上儲量最豐富的輕金屬元素之一，而我國是世界上鎂資源最為豐富的國家之一，鎂資源礦石總儲量佔世界的21.7%，居世界第一，也是鎂資源出口的第一大國。

下面兩張圖分別對比了幾種典型金屬結構材料與工程材料的比強度和比剛度,表明鎂合金特別適用於輕質結構件。彈性模量大、剛性好、抗震力強，減振性能比鋁合金高30倍，承受衝擊載荷能力比鋁合金強。可見鎂合金具有優良的力學性能。

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在這裡特別解釋一下彈性模量，它是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度。在一定載荷作用下的物體，彈性模量越低，彈性模量變形相對越大，剛度越小，材料易發生變形柔性越好；彈性模量越高，材料發生彈性模量變形相對越小，剛度大，材料不易變形，脆性越強。

鎂合金具有極高的壓鑄生產率。幾種常用壓鑄鎂合金及最常用的壓鑄鋁合金A380和壓鑄鋅合金AG40B的熱物理性能見下表。

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由表可知：壓鑄鎂合金與壓鑄鋁合金和壓鑄鋅合金一樣，具有良好的流動性；其結晶潛熱和熱導率低於A380，凝固區間比A380大。因此，壓鑄鎂合金具有良好的充型能力，充型後凝固速度較快，對壓鑄型的熱衝擊較小，可用於壓鑄薄壁件而不會出現熱裂和欠鑄等缺陷，並減輕壓鑄型的熱疲勞現象，延長壓鑄型的使用壽命，縮短壓鑄件的留型時間，壓鑄生產速率比鋁合金快約75%。

除了上述特點，鎂合金的優勢還體現在散熱好和耐有機物和鹼的腐蝕性能好，與純鎂的易燃、自爆、不穩定、活性強的特性完全不同。

鎂合金對比碳纖材料的優勢

現在在自行車材料領域，除了討論合金，就是討論碳纖維，大家都知道同樣的重量下碳纖維的強度要比普通的金屬高出許多，但相對高昂的價格為其製造了一定的門檻。

據自行車製造業內人士介紹，碳纖維，畢竟工藝中的手工成分多，不如鎂合金那麼適合大批量生產，因此碳纖維需要花費的成本就比較大，時間就比較長，對工藝的要求也比較高。這些因素直接影響成品的價格，也就讓最終端的消費者要花更多的錢。

另一方面，環保是當今各行各業重視的話題，而碳纖維對環境的破壞是可觀的。2010年時豐田汽車發布的一項研究表明，碳纖維的原材料處理階段，會產生大量的廢氣污水，而加工過程要排放更多的二氧化碳，同時其生產過程有可能導致工人的各種呼吸道疾病和皮膚病。碳纖維產品被丟棄後，將在土壤和水裡存在非常久的時間，降解難度非常大，進一步對地球造成污染。所以，碳纖維是否是合適的綠色材料，還是個未知數。

而鎂合金是二十一世紀新興的環保材料，國外也把鎂合金劃為環保產業。其對環境無污染、可回收再利用的性能讓人相當滿意。

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