Boîtier d'entraînement électrique pour véhicule à énergie nouvelle - Comparaison des pièces moulées semi-solides en alliage de magnésium et des pièces moulées sous pression en alliage d'aluminium

Dans les véhicules à énergies nouvelles, le système de propulsion électrique est un module clé affectant le poids global du véhicule et son efficacité énergétique. En raison du poids accru du système de batterie, l’allègement du boîtier de transmission électrique est devenu une priorité pour les équipementiers et la chaîne d’approvisionnement. Actuellement, l’alliage d’aluminium ADC12 reste le matériau dominant, mais avec la stabilisation des coûts de l’alliage de magnésium et la maturation de son processus de fabrication, la faisabilité de son application est en cours de réévaluation.

Cette étude sélectionne les boîtiers de propulsion électrique de véhicules à énergie nouvelle ayant la même conception structurelle que les objets de comparaison, en employant :

Processus de moulage sous pression en alliage d'aluminium ADC12 (à droite)

Processus de moulage par injection semi-solide en alliage de magnésium AZ91D (à gauche)

Les deux boîtiers ont été fabriqués et testés dans le respect d’une géométrie et d’une épaisseur de paroi constantes.

Les résultats de pesée réels montrent que la coque en alliage d'aluminium pèse environ 11,345 kg, tandis que la coque en alliage de magnésium pèse environ 7,975 kg. Cela représente une réduction de poids de près de 29,7 % tout en maintenant la cohérence structurelle, ce qui est directement important pour alléger les systèmes de propulsion électrique.

L'échantillonnage du corps de la coque (paroi d'environ 10 mm d'épaisseur) révèle des différences significatives dans la microstructure interne des deux matériaux à l'état actuel :

Structure du boîtier d'entraînement électrique ADC12 en alliage d'aluminium moulé sous pression (50x, 200x, 500x)

La microstructure typique moulée sous pression est dominée par des dendrites, avec des distributions de seconde phase en forme d'aiguilles ou en blocs localement visibles. Un petit nombre de micropores sont présents dans les zones à parois épaisses, un phénomène courant dans les pièces moulées sous pression épaisses.

Structure de boîtier d'entraînement électrique AZ91D en alliage de magnésium semi-solide (50x, 200x, 500x)

La microstructure est dominée par des phases solides primaires quasi sphériques, uniformément réparties dans la matrice post-solidification, ce qui entraîne une densité globale élevée. Grâce aux caractéristiques de remplissage du procédé semi-solide, aucune porosité de retrait évidente ni défaut de gaz n'a été observé dans les zones à parois épaisses.

D'un point de vue technique, une microstructure uniforme et un contrôle des défauts sont cruciaux pour influencer le comportement ultérieur en fatigue et en corrosion, ce qui est l'une des principales raisons pour lesquelles les alliages de magnésium semi-solides ont attiré l'attention dans les composants structurels.

Dans des conditions d'échantillonnage de coques à parois épaisses, les propriétés mécaniques des deux matériaux ont diminué par rapport aux échantillons standards à parois minces. Il s’agit d’un phénomène courant provoqué par les conditions de refroidissement dans les murs épais.

Les résultats comparatifs montrent :

Limite d'élasticité : les alliages d'aluminium semi-solides AZ91D et ADC12 sont à des niveaux similaires.

Résistance à la traction : l’ADC12 présente un léger avantage.

Allongement : l'alliage de magnésium AZ91D fonctionne mieux, ce qui indique qu'il conserve une bonne plasticité même dans des conditions à parois épaisses.

Du point de vue des applications de composants structurels, l'AZ91D, tout en garantissant les exigences de résistance de base, possède une meilleure capacité de déformation, ce qui le rend plus avantageux pour les charges complexes et les zones de concentration de contraintes.

Les deux matériaux de coque ont été soumis à des essais au brouillard salin neutre à l'état brut, sans aucun traitement de surface, afin de simuler les tendances de corrosion dans des environnements de service réels.

Les résultats des tests montrent que :

L'alliage d'aluminium ADC12 présente une accumulation importante de produits de corrosion et une détérioration rapide de la surface sur une courte période.

L'alliage de magnésium semi-solide AZ91D maintient une meilleure intégrité de surface dans les mêmes conditions, avec un taux de développement de corrosion relativement plus lent.

Le taux de corrosion moyen calculé à l'aide de l'analyse de perte de poids montre que l'AZ91D a un taux de corrosion inférieur à celui de l'ADC12. Ce résultat indique que, sous des structures à parois épaisses et des microstructures semi-solides, la résistance à la corrosion des alliages de magnésium n'est pas nécessairement inférieure à celle des alliages d'aluminium. Bien entendu, dans les applications de production de masse réelles, les deux matériaux sont généralement utilisés conjointement avec des systèmes de traitement de surface pour améliorer encore la stabilité de service à long terme.

Du point de vue de l'ingénierie de l'ensemble du logement :

Avantage de poids : les alliages de magnésium peuvent atteindre une réduction de poids significative dans des conditions structurelles constantes.

Microstructure et densité : les procédés semi-solides offrent des avantages en matière de contrôle des défauts dans les zones à parois épaisses.

Compatibilité mécanique : AZ91D répond aux exigences structurelles en termes de propriétés d'élasticité et de ductilité.

Résistance à la corrosion : Démontre une bonne stabilité lors des tests sur matériaux nus.

Cela indique que, dans des processus de formage et des conditions de conception appropriés, les alliages de magnésium ont le potentiel technique nécessaire pour remplacer les alliages d'aluminium dans les boîtiers de transmission électrique des véhicules à énergie nouvelle.