據外媒報道，美國能源部西北太平洋國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）研發了新款擠壓工藝（extrusion process）——剪切輔助加工及擠壓（Shear-Assisted Processing and Extrusion，ShAPE），該工藝有助于汽車行業采用鎂合金制作結構件，提升了該方案的可行性。由于無需采用稀土金屬，可降低材料成本。與此同時，新工藝還提升了材料的結構特性。

“鋼鋁之戰”或演變為“鋼鋁鎂混戰”

提升燃油經濟性成為近期各大車企的重大目標之一，因為距2025公司平均燃料經濟性（Corporate Average Fuel Economy，CAFE）標準的執行已越來越近。為此，輕量化成為其首選，半數車企尋求新的輕量化材料，提升車輛的燃油經濟性，進而達到CAFE標準的要求。

在汽車業內，一度打響了“鋼鋁之戰（battle of steel vs. aluminum）”，如今又研發了新的擠壓成型法（method of extrusion），或將使鎂材也加入到角逐中。

在所有結構金屬中，鎂材比鋼材輕75%，比鋁材輕了33%，是地球上第四大最常見元素，其排名只落后于鐵、硅及氧三大元素。盡管鎂材質地較輕，且天然豐度（natural abundance）較大，但車企卻難以將鎂合金用于車用結構件，因為該材質的使用需要配合鏑（dysprosium）、鐠（praseodymium）、鐿（ytterbium）等稀土元素（rare-earth elements），提升其強度。

剪切輔助加工及擠壓

美國能源部的工程師及材料學家闡述道，在擠壓過程中，旋轉鎂合金將因機械摩擦而生熱，使該材料軟化，進而將其壓入模具內，制作鎂合金管材、棒材及槽鎂（magnesium channels）。與傳統型擠壓機不同，該技術方案無配置耗能的電阻加熱器。

該團隊設計工業版剪切輔助加工及擠壓機并開展了試運行。該研究團隊采用該機器，采用擠壓技術制作了薄壁圓管，其最大直徑為2英寸，所采用的原材料為鎂鋁鋅合金AZ91和ZK60A。

首席研究員兼機械工程師Scott Whalen表示：“在剪切輔助加工及擠壓過程中，我們獲得高度精制的微觀金屬結構，在某些情況下，甚至能產生納米結構特性。每分鐘轉速越高，顆粒就越小，制作的管材硬度越高，其延展性（ductile）或柔韌性（pliable）也越好。此外，團隊人員可控制金屬內的晶體結構的方向，提升鎂合金的能量吸收，使其可媲美鋁材。”

鎂合金坯料以極為柔軟的狀態流入模具，這得益于ShAPE工藝同時施加的線性力及旋轉力。為此，相較于傳統的擠壓工藝，只需用原先1/10的力就能將原材料擠入模具。

由于擠壓力大幅減小，若采用該項技術，企業就能啟用小型生產機械，進而下調資本支出（capital expenditures）及運營成本。目前，該項技術目前尚在申請專利中。

Whalen表示：“與工業用擠壓機不同，采用我方提供的ShAPE設備后，無需在鎂合金坯料周邊放置體積巨大的加熱器。”

實現汽車輕量化的鎂材

據美國能源部報告，鎂制組件如今僅占常規車輛總車重的1%，而ShAPE機器的出現，或將改變這一狀況。

Whalen表示：“許多車企未采用鎂合金結構件，主要原因有兩點：鎂材的價格和屬性。目前，制造商采用低成本鋁材制作保險杠等部件。若采用我方的工藝，可強化鎂材的材料特性，用于替換上述應用中的鋁材，且無需采用稀土元素，導致增加成本開支。”

麥格納正與PNNL合作，研發低成本鎂制零部件。該公司目前在底特律的生產設施中測試其研發的大型管材，PNNL的ShAPE技術還可提供授權使用許可。

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