Порошковая металлургия | Применение в области электрификации автомобилей

Порошковая металлургия (ПМ) — это технологический процесс, в котором в качестве сырья используется металлический или неметаллический порошок (или смесь металлического и неметаллического порошков), а затем с помощью таких процессов, как прессование, формовка и спекание, производятся металлические материалы, композиционные материалы и различные геометрические конструкционные изделия.

Возможности развития порошковой металлургической промышленности тесно связаны с автомобильной промышленностью. На сегодняшний день автомобильная промышленность по-прежнему является наиболее заинтересованной отраслью и крупнейшим потенциальным рынком для порошковой металлургической промышленности. Судя по использованию деталей порошковой металлургии в автомобильной промышленности в развитых регионах по всему миру, доля деталей порошковой металлургии, используемых в автомобильной промышленности, составляет: около 70% в Северной Америке, около 90% в Японии, около 80% в Западной Европе и около 55% в моей стране. И 70% этих деталей порошковой металлургии используются в двигателях и коробках передач.

В последние годы разработка новых энергетических электромобилей постепенно заменяет традиционные транспортные средства с топливным двигателем. Поскольку новые энергетические транспортные средства развиваются в направлении электрификации и интеллекта, все более высокие требования предъявляются к комплексным характеристикам материалов. Порошковая металлургическая промышленность продолжает разрабатывать и резервировать новые технологии и процессы в соответствии с отраслевыми потребностями новых энергетических электромобилей, и с помощью бережливой автоматизированной производственной технологии она адаптируется к новым требованиям эры энергосбережения и защиты окружающей среды и помогает разработке новых энергетических транспортных средств. В то же время разработка новых энергетических электромобилей также предоставляет новую возможность для развития порошковой металлургической промышленности.

Материалы из медных сплавов

По статистике Международной ассоциации меди, традиционные автомобильные двигатели внутреннего сгорания используют 23 кг меди, гибридные электромобили используют 40 кг меди, подключаемые гибридные электромобили используют 60 кг меди, а электромобили используют 83 кг меди.

Медные сплавы относятся к сплавам, в которых к чистой меди добавлен один или несколько других элементов. Они характеризуются превосходной электропроводностью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью и износостойкостью, а также высокой прочностью и усталостной прочностью. Медные сплавы могут использоваться для изготовления электрических компонентов, таких как генераторы, высоковольтные кабели, распределительные устройства, трансформаторы и т. д. на новых энергетических транспортных средствах, а также могут использоваться для изготовления износостойких и коррозионно-стойких деталей на автомобилях, таких как синхронные зубчатые кольца, подшипники, детали тормозной системы и т. д. С появлением новых энергетических транспортных средств медные сплавы будут широко использоваться в системе охлаждения, электронной системе питания, тормозной системе и гидравлической системе новых энергетических транспортных средств в качестве идеального материала для жгутов проводов новых энергетических транспортных средств, аксессуаров для аккумуляторов и разъемов. Они являются ключевым базовым сырьем для важных компонентов автомобилей.

Композитные материалы на основе алюминия

Легкий вес, энергосбережение и снижение выбросов... Многочисленные преимущества тормозных дисков на основе алюминия позволили им успешно заменить традиционные железные диски и стать новым фаворитом в индустрии транспортных средств на новых источниках энергии.

Испытания показывают, что по сравнению с чугунными тормозными дисками композитные материалы на основе алюминия обладают хорошими тормозными характеристиками и управляемостью, отсутствием шума, дрожания, недостаточного тормозного усилия и других проблем, а также очевидными преимуществами в легком весе, улучшении электрической эффективности, управляемости и коррозионной стойкости. После замены чугунных тормозных дисков новых энергетических транспортных средств одна только тормозная система может помочь снизить вес примерно на 15 килограммов. Это означает, что, взяв за основу легковой автомобиль на новой энергии с запасом хода 500 километров, тот же запас хода может снизить нагрузку на аккумулятор на 3 кВт·ч. Рассчитанный на основе годовой эксплуатации в 20 000 километров, электромобиль может сэкономить около 120 градусов электроэнергии, что эквивалентно экономии 48 килограммов условного угля и сокращению примерно 120 килограммов выбросов углекислого газа. После того, как 1 миллион электромобилей будут оснащены композитными тормозными дисками на основе алюминия, выбросы углекислого газа могут быть сокращены примерно на 120 000 тонн в год. Кроме того, композитные тормозные диски на основе алюминия также улучшают срок службы аккумулятора. Подсчитано, что один электромобиль может сократить расходы примерно на 1000 юаней, а 100 000 электромобилей могут сэкономить около 100 миллионов юаней на расходах на аккумуляторы.

Мягкие магнитные композитные материалы

Магнитомягкие материалы прошли несколько этапов развития:

От традиционных магнитомягких сплавов до магнитомягких ферритовых материалов, в 1970-х годах были разработаны аморфные/нанокристаллические магнитомягкие сплавы; технология порошковой металлургии породила новое поколение высокопроизводительных магнитомягких материалов, металлических магнитомягких порошковых сердечников (MPC), также известных как магнитомягкие композитные материалы (SMC).

Металлические магнитомягкие порошковые сердечники изготавливаются из металлических магнитомягких порошков в качестве сырья и превращаются в компоненты магнитного сердечника посредством процессов нанесения изоляционного покрытия, прессования и термической обработки, что улучшает слабость металла, если его магнитомягкая проницаемость недостаточно высока.

SMC — это новый тип магнитного материала. Благодаря высокой интенсивности магнитной индукции насыщения и низким потерям он известен как мягкий магнитный материал «четвертого поколения». Он имеет большие преимущества применения и широкие рыночные перспективы в высокочастотных двигателях, высокочастотных импульсных трансформаторах питания, высокочастотных индукторах для хранения энергии высокой мощности и т. д. В электромобилях мягкие магнитные композитные материалы могут использоваться для главных приводных двигателей и двигателей для масляных насосов и насосов охлаждения. С преобразованием электромобилей в зеленую энергию спрос на передачу энергии и управление электрическими цепями значительно возрос, что стало катализатором быстрой итерации спроса и технических процессов для мягких магнитных композитных материалов. Помимо поддержания высокого уровня процветания в традиционных выгодных областях применения магнитных материалов, таких как фотоэлектрическая генерация энергии и кондиционеры с переменной частотой, мягкие магнитные композитные материалы начали вступать в период быстрого роста в дополнительных областях применения, таких как электромобили, зарядные сваи и хранение энергии.

Материал постоянного магнита NdFeB

Наиболее распространенными в настоящее время двигателями привода транспортных средств на новой энергии являются синхронные двигатели с постоянными магнитами и асинхронные индукционные двигатели с короткозамкнутым ротором в двигателях переменного тока. Среди них синхронные двигатели с постоянными магнитами являются наиболее популярными в Китае, составляя 94% установок транспортных средств.

Магнитный материал NdFeB, используемый в синхронных двигателях с постоянными магнитами, обладает превосходными магнитными свойствами. После намагничивания он может создавать сильное магнитное поле без добавления внешней энергии. В то же время магнитное поле имеет постоянные характеристики и не требует дополнительных цепей для возбуждения (т. е. возбуждения проводника для создания магнитного поля), поэтому он может сохранять небольшой объем и легкий вес. При номинальной мощности плотность мощности синхронных двигателей с постоянными магнитами при тех же условиях рассеивания тепла и изоляционных материалах обычно более чем в два раза превышает таковую у индукционных асинхронных двигателей.

Углерод-керамические композиционные материалы

Тормозные материалы современных транспортных средств, таких как автомобили и высокоскоростные поезда, прошли путь развития от асбестовых материалов, полуметаллических материалов, материалов порошковой металлургии до углерод-углеродных композиционных материалов и углерод-керамических композиционных материалов.

Углеродно-керамические композитные тормозные материалы — это новый тип композитных материалов, разработанный в 1990-х годах, который состоит из трехмерного войлочного или плетеного тела из углеродного волокна в качестве армирующего скелета и непрерывной матрицы из углеродной и карбидкремниевой керамики. Тормозная пара, состоящая из углеродно-керамических тормозных дисков и углеродно-керамических тормозных колодок, имеет многообещающие перспективы развития. В рамках тенденции электрификации и облегчения веса углеродно-керамические диски могут добиться снижения веса и уменьшить беспокойство по поводу пробега. По сравнению с топливными транспортными средствами, электромобили не имеют двигателей и коробок передач, но они добавили аккумуляторные батареи, которые тяжелее, чем топливные транспортные средства. Поэтому предстоит пройти долгий путь, чтобы снизить вес новых энергетических транспортных средств. Углеродно-керамические тормоза могут эффективно снизить вес ниже системы подвески, лучше адаптироваться к новым энергетическим транспортным средствам и уменьшить беспокойство по поводу пробега.

С появлением и прорывами новых технологий, новых процессов и новой энергии будут продолжать появляться новые области применения продуктов порошковой металлургии, которые будут полностью поддерживать новый процесс эпохи электрификации автомобилей.