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汽車可替代材料“競(jìng)標(biāo)”鋁合金呼聲最高

發(fā)布時(shí)間:2019-08-19  閱讀:

     如果對(duì)近年汽車的關(guān)鍵詞進(jìn)行匯總,新能源排名榜首的話,“輕量化”至少也是位列三甲。雖然是老生常談話題,然隨著政策的苛嚴(yán)以及懲罰力度的加強(qiáng),雖然執(zhí)行上還有待改善,然在記者的日常走訪中發(fā)現(xiàn),與之前相比車企已然感覺壓力山大。節(jié)能降耗大趨下,若汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6%—8%;汽車整備質(zhì)量每減少100公斤,百公里油耗可降低0.3—0.6升。而從成本上來看,減少1公斤的車重則可以減少10美元左右的支出。
     據(jù)悉,汽車輕量化可從設(shè)計(jì)輕量化、采用輕質(zhì)材料替代鋼鐵、改進(jìn)制造工藝和提高現(xiàn)有材料強(qiáng)度(高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼)四方面實(shí)現(xiàn)。而當(dāng)中,可替代性材料前景被業(yè)內(nèi)技術(shù)專家們普遍看好。在在目前的材料工藝中,主要有鋁、鎂合金、陶瓷、工程塑料、玻璃纖維或碳纖維復(fù)合材料等。而目前無(wú)論是車企還是材料企業(yè),探討的話題,除了高強(qiáng)度鋼外,最多的莫過于以上可替代之“材”。而在百材競(jìng)放中,誰(shuí)能*終獲得車企的青睞,目前還為可知,不過鋁合金因其技術(shù)相對(duì)較為成熟,而暫時(shí)保持呼聲較高的地位。

鋁合金
     不過材料的應(yīng)用來看,鋁合金技術(shù)的確較為廣泛。汽車上有眾多零部件可以使用鋁合金代替,以達(dá)到輕量化的目的,估算可平均節(jié)省重量125%。根據(jù)汽車咨詢機(jī)構(gòu)Duckers調(diào)查,北美、歐盟、日本單車用鋁分別高出中國(guó)47%、24%、15%,且歐美日單車用鋁仍在持續(xù)增長(zhǎng)。
     早在1990年開始銷售的日本本田NSX車采用了全鋁承載式車身,比用冷軋鋼板制造的同樣車身輕200kg,引起全世界的矚目。1994年奧迪開發(fā)了第 一代AudiA8全鋁空間框架結(jié)構(gòu)(ASF),汽車自身質(zhì)量減輕了大約40%。去年剛上市的新一代奔馳C級(jí)車上,主架構(gòu)大量采用鋁合金材料打造,比例差不多達(dá)到50%,這也使得新一代C級(jí)車相比傳統(tǒng)的鋼架構(gòu)輕了70千克。
     然目前,制約鋁合金在汽車上大量應(yīng)用的主要原因之一其價(jià)格比鋼材的高,有關(guān)專家表示除開發(fā)低成本的鋁合金和先進(jìn)的鋁合金成形工藝外,回收再生技術(shù)可進(jìn)一步降低鋁合金的生產(chǎn)成本。此外,擴(kuò)大鋁合金應(yīng)用的另一個(gè)研究方向是開發(fā)新的各種連接技術(shù),今后發(fā)展的多材料結(jié)構(gòu)轎車要求連接兩種不同類型的材料(如鑄鐵一鋁、鋼一鋁、鋁一鎂等),對(duì)這些連接技術(shù)以及對(duì)材料和零件防腐蝕的表面處理技術(shù),是今后擴(kuò)大鋁合金在汽車上應(yīng)用的重要課題。       與鋁合金一起相運(yùn)而生的則是鎂合金,不過鎂合金的價(jià)格是鋁的3-4倍,發(fā)展難度也相對(duì)更大。

碳纖維復(fù)合材料
     碳纖維最早被應(yīng)用在航空領(lǐng)域,近年逐步被推廣至汽車,然目前多見于超跑。
     碳纖(carbon fiber,CF)含碳量﹥95%纖維材料
     2013年量產(chǎn)的寶馬i3采用了碳纖維車身和鋁制底盤,寶馬稱該重量較其他相同尺寸的電動(dòng)車減輕了300千克之多。這款碳纖維材料CFRP(碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料),名稱較為拗口,其原料是聚丙烯腈,有點(diǎn)像用來制作芭比娃娃頭發(fā)的纖維,但實(shí)際上比人的頭發(fā)纖維細(xì)10倍。
     昂貴的價(jià)格一直讓平民車對(duì)其敬而遠(yuǎn)之,但事實(shí)上,碳纖維材料本身并不昂貴,然而要把碳纖維加工成適合車輛行駛、碰撞的成品才真正是其價(jià)值所在。目前,諸多廠商正在加緊研發(fā),促其成本的降低,然這需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。

工程塑料
     相對(duì)于鋁鎂合金,其重量更輕,相對(duì)碳纖維,其成本更低;近年隨著其硬度、強(qiáng)度、拉伸性能的不斷提高,安全性得到進(jìn)一步保證,成為車企在汽車減重方面關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)了解,目前世界上不少轎車的塑料用量已經(jīng)超過120千克/輛,個(gè)別車型還要高,德國(guó)奔馳高級(jí)轎車的塑料使用量已經(jīng)達(dá)到150千克/輛。國(guó)內(nèi)一些轎車的塑料用量也已經(jīng)達(dá)到90千克/輛。
     不過材料雖然有很多,諸多整車廠倒出現(xiàn)在無(wú)法推廣的原因是:成本和安全性。車企表示,除非是供應(yīng)商和他們自己有更好的理由和方案,否則技術(shù)再先進(jìn),材料再好,尤其對(duì)于自主品牌來說,用的機(jī)會(huì)還是很少。此外,雖然塑料的安全性目前已有較大提高,但在關(guān)鍵架構(gòu)方面,得以應(yīng)用還需要較長(zhǎng)時(shí)間。
     無(wú)論是鋁合金、碳纖維還是塑料亦或是高強(qiáng)度高,在未來的發(fā)展中都不可能是孤軍奮戰(zhàn),機(jī)械科學(xué)研究院資深顧問陳長(zhǎng)年表示,材料的混合使用將成為全球汽車業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。在歐洲車身會(huì)議文獻(xiàn)中,自2006至2011年的72個(gè)車身中,有32個(gè)鋼車身、2個(gè)全鋁車身、38個(gè)鋼/鋁/復(fù)合材料多種材料混合車身則超過一半。而當(dāng)中,最為關(guān)鍵也較難突破的技術(shù)則是可靠、高效的連接。另外一個(gè)就是環(huán)保與安全如何保證,不過最終決定是否普及的原因則是成本。在此,用近期所舉辦的全球汽車輕量化材料交流會(huì)上一位車企負(fù)責(zé)人所言做個(gè)小結(jié):這個(gè)是需要政策的開放、行業(yè)的聯(lián)盟所共同解決的,孤軍奮戰(zhàn)只會(huì)造成新技術(shù)的延后……

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