曾幾何時,面對崛起的中國汽車產業,海外輿論從車企、正規媒體到個人博主,普遍秉持著一種“自我保護”的機制,試圖片面地將中國新能源汽車的突破粗暴歸因于“電子設備堆砌”,仿佛憑借這一描述就可以給自己的落后找尋到臺階。
不愿意面對失敗是一種可以理解的心理狀態。然而這種膝跳反射式的打壓,卻很容易令人忽視了一個根本事實:中國車企的競爭力提升,實際上并不依賴于表面的技術堆疊,而是源自眾多基礎領域的底層突破與創新。
圖丨中國車企確實通過強大的中國ICT產業,在智能艙駕層面汲取了強大的技術支持。但將之簡化為僅僅是“電子設備堆砌”帶來的進步,就未免顯得自欺欺人了
這場靜默革命的本質,是產業競爭維度從應用層向基礎科學層的遷移。當對手仍在供應鏈脫鉤與技術妥協間掙扎時,中國已通過稀土元素的精準配位與晶界操控,將資源稟賦轉化為定義未來技術范式的支點。材料科學的突破從來不是實驗室里的孤例,而是重塑產業規則的起點——其正在向著全世界,展示出一個尖銳而且殘酷的事實:誰掌握了元素周期表的戰略縱深,誰就握有定義汽車產業未來的話語權。
現有磁性材料的進一步提升
釹鐵硼磁性材料的居里點(磁材料中自發磁化強度降零的界限點)在312℃,一旦材料處于較高溫度下,則磁性能衰減顯著。
例如牌號為N35的釹鐵硼磁鐵,雖然在國內市場其價格堪稱低廉,淘寶上30mm直徑20mm厚度的柱狀磁錠價格僅140元左右,在升溫至80℃以上就會出現明顯的退磁現象。一旦溫度接近其居里點時,材料內磁疇結構會被永久破壞,導致材料徹底喪失磁性。
圖丨釹鐵硼永磁材料雖好,但并非沒有缺點。當然,能這么表達的前提,是我們并不缺釹
對于這種情況,我們的應對手段是如汽車電機等高溫應用領域,在加強設備散熱的同時,也在磁材料中需添加鏑(Dy)、鋱(Tb)等重稀土元素,以便將耐溫性增加到接近400℃。當然,重稀土的價格并不低,勢必造成成本增加。
當然,現有釹鐵硼磁性材料的缺點還有不少。例如過脆、電化學腐蝕敏感等。過脆的問題會導致其加工難度大幅增加,使得其在切割、鉆孔等機械加工需要專用工具和工藝以避免微裂紋等問題。不過隨著目前,國內基本淘汰了4N以下純度釹材料,改為在磁材料生產中采用4N甚至更高規格釹,上述問題已經大為緩解。至于電化學腐蝕,則可以通過表面噴涂來部分解決。
針對現有釹鐵硼磁材料的缺點,國內企業目前突破的方向是兩點——新的燒結加工技術,以及新的稀土磁材料。
圖丨釹鐵硼磁瓦其實挺脆的,而且不耐熱。但通過部分新的工藝,能夠顯著改善其缺陷
晶界擴散技術是一種創新性的燒結技術,其通過在釹鐵硼磁體表面形成一層重稀土膜,然后通過真空熱處理,讓重稀土原子沿著晶界向內部擴散,形成高矯頑力殼層,從而大幅提升磁體的矯頑力和耐高溫性能。這種方法除了提升釹鐵硼磁體的居里點外,還可以將鏑的用量降至0.5%,對降本亦有顯著效益。
而新材料,則是指新的釤鐵氮永磁材料。
釤鐵氮永磁材料的原材料主要為氧化釤,屬于稀土礦中與釹伴生的材料,此前一直被用于激光材料、微波和紅外器材的生產,同時部分特殊陶瓷亦需要釤??偟膩碚f,其在原子能工業上有一定的用途,但整體需求不大。所以在國內啟動稀土聯動萃取分離工藝后的相當一段時間里,由于需求量較低而被大量囤積,價格相對較低。在釹鐵硼稀土永磁材料原料(氧化釹)價格日趨上漲的背景下,釤鐵氮永磁材料具有明顯的成本優勢。
圖丨釤鐵氮永磁材料的實用化,將進一步完善我國的稀土永磁材料產業鏈,解決各種“高低搭配”問題
與釹鐵硼相比,釤鐵氮的磁能積低約30%左右。但除了這一缺點,在居里點、溫度穩定性、耐腐蝕性以及成本上,均有巨大優勢。比如至關重要的居里點,不經過特殊處理的釤鐵氮磁體就能接近600℃,最高則可以達到800℃,且在150~200°C進入高溫衰退后,衰減相對緩慢和溫和。至于機械性能,雖然同樣存在過脆、不易加工的問題,但并沒有比釹鐵硼更差,且耐腐蝕性能大增也必然大幅度減少加工時的麻煩。
釹鐵硼憑借磁性能優勢和成熟工藝仍是當前主流,但高溫與腐蝕短板制約其在極端環境的應用;釤鐵氮以高溫穩定性和耐腐蝕性成為高溫場景的理想替代,且具成本潛力,但工藝與磁性能仍需突破。未來二者可能形成互補——通過晶界擴散技術強化釹鐵硼磁體將主導高功率場景,比如高性能電動\混動汽車;而釤鐵氮磁體則滲透高溫、高穩定性領域,如中低端廉價走量路線的電動汽車,現有汽車各種非驅動電機的替代,以及可再生能源領域。
圖丨這類低端小型電動汽車,完全可以使用釤鐵氮永磁電機進一步降低成本
對于目前已經在整個稀土供應鏈中掌握領先優勢的我們來說,完全有能力同時推進兩條路線,以“兩條腿走路”的模式謀求全方位的長遠利益。
突破新的材料技術
兩個半月之前,賽里斯整了一個“狠活”。
4月23日,于第二十一屆上海國際汽車工業博覽會期間,賽力斯在其發布會上,公開展示了其最新的一體化壓鑄后車身件。
圖丨看似其貌不揚,但卻具有非常意義
最近幾年,汽車鋁制車身的一體化壓鑄工藝日臻成熟,各主機廠競相配備具備更大鎖模力的超大型壓鑄設備。而迄今為止這方面的冠軍,是去年11月末東風集團在其位于武漢經開區云峰工廠配備的16000噸鎖模力超大型壓鑄機。
相對而言,賽力斯兩江智慧工廠配備的設備,最大鎖模力僅有9800噸。然而既然是“狠活”,則其亮點顯然并不是壓鑄工藝本身。實際上,該部件的特殊性在于其材質——這是全球首個一體壓鑄成型的鎂鋁合金后車體總成件。
通過添加釔、釹等稀土元素,并通過專門的工藝在部件內部形成Al?Y、Al?Nd等構造的納米顆粒強化晶界,從而實現壓鑄部件的高溫穩定性和抗蠕變性能。這塊壓鑄件相比傳統鋁合金后車體在實現超過兩成減重的同時,還能保證超過400MPa的高強度,也在高溫表現上比傳統鋁鎂合金壓鑄車身更佳。
此外,這種新的壓鑄后車身總成還具備優異的阻尼減震性能,并且在電磁屏蔽能力上較之原本的鋁鎂合金翻倍。毫無疑問,這些特性對于整車安全性的提升乃至NVH表現,都是具備非常意義的。
圖丨稀土鎂合金壓鑄件,最近幾年已經大量出現在汽車上,圖為壓鑄的方向盤
根據官方介紹,成果由賽力斯聯合重慶大學、寶武鎂業、北京科技大學共同實現。攻關期間總共實現了48項技術攻關,其中12項為行業0到1的關鍵技術突破。相較于傳統鋁合金方案。
眾所周知,近年來隨著稀土在鎂合金中運用的擴大,憑借優異的機械性能以及在可加工性方面的顯著提升,其不但在消費電子設備領域大放異彩,在汽車零部件方面也開始批量替代傳統的“鋁合金”部件,被大量運用于汽車座椅支架、汽車駕駛臺儀表框架等層面上。而目前以賽力斯的這項突破為信號,國內汽車產業稀土鎂合金的運用場景,必然會迅速從原本的零部件向著較大質量的結構件進行跨越。而這無疑將帶來一個巨大的優勢——減重。
汽車產業邁入新能源時代以后,盡管電機加入動力系統后帶來了諸多好處,然而電池組導致的簧上質量的驟增,卻是一個無法回避的巨大副作用。減重,已經成為了每款新能源車型從設計到工程樣車階段,貫徹始終的一項工作。
圖丨鎂合金座椅骨架
而依托稀土材料的“魔力”,在新一代鎂鋁合金的大量運用,中國車企能夠在保證車輛結構強度不減的前提下,使各種混動、純電車型的重量減去接近一成重量。無論從何種角度來看,這都將使我們在技術上取得重大優勢。
無論從何種角度看,目前我國在全球稀土供應鏈中的優勢,都能在汽車產業上轉化為我們企業在汽車材料技術上的重大技術優勢。特別是現階段,幾乎所有海外對手的努力方向,若非千方百計確保稀土供應鏈,便是以“削尖腦袋”的態度不惜靠增重、降低功率、增加能耗、削減可靠性為代價,來試圖實現稀土替代這個時間段內。
而后者,在歐美試圖繞開中國建立稀土供應鏈這個大背景下,幾乎是空耗的無用之功。
也許稀土供應鏈的優勢,對于我們而言只是暫時的,但從無到有建設重稀土開采-分離-精煉體系,并且做到產能保證所需的至少八到十年的窗口期,其實對于競逐全球汽車產業技術優勢的中國車企來說,已經足夠了。
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