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汽车可替代材料百材竞放 铝合金呼声最高


信息来源:中国电镀网 发布时间:2015-05-05

如果对近年汽车的关键词进行汇总,新能源排名榜首的话,“轻量化”至少也是位列三甲。虽然是老生常谈话题,然而随着政策的苛严以及惩罚力度的加强,执行上还有待改善。在记者的日常走访中发现,与之前相比车企已然感觉压力山大。节能降耗大趋下,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.30.6,而从成本上来看,减少1公斤的车重则可以减少10美元左右的支出。

据悉,汽车轻量化可从设计轻量化、采用轻质材料替代钢铁、改进制造工艺和提高现有材料强度(高强度、超高强度钢)四方面实现。而当中,可替代性材料前景被业内技术专家们普遍看好。在在目前的材料工艺中,主要有铝、镁合金、陶瓷、工程塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等,而目前无论是车企还是材料企业,探讨的话题,除了高强度钢外,最多的莫过于以上可替代之“材”。在百材竞放中,谁能最终获得车企的青睐,目前还未可知,不过铝合金因其技术相对较为成熟,而暂时保持呼声较高的地位。

 

铝合金

从材料的应用来看,铝合金技术的确较为广泛。汽车上有众多零部件可以使用铝合金代替,以达到轻量化的目的,估算可平均节省重量125%。根据汽车咨询机构Duckers调查,北美、欧盟、日本单车用铝分别高出中国47%24%15%,且欧美日单车用铝仍在持续增长。

早在1990年开始销售的日本本田NSX车采用了全铝承载式车身,比用冷轧钢板制造的同样车身轻200kg,引起全世界的瞩目。1994年奥迪开发了第一代AudiA8全铝空间框架结构(ASF),汽车自身质量减轻了大约40%。去年刚上市的新一代奔驰C级车上,主架构大量采用铝合金材料打造,比例差不多达到50%,这也使得新一代C级车相比传统的钢架构轻了70千克

然而目前制约铝合金在汽车上大量应用的主要原因之一是其价格比钢材的高。有关专家表示除开发低成本的铝合金和先进的铝合金成形工艺外,回收再生技术可进一步降低铝合金的生产成本。此外,扩大铝合金应用的另一个研究方向是开发新的各种连接技术,今后发展的多材料结构轿车要求连接两种不同类型的材料(如铸铁一铝、钢一铝、铝一镁等),对这些连接技术以及对材料和零件防腐蚀的表面处理技术,是今后扩大铝合金在汽车上应用的重要课题。

与铝合金一起相运而生的则是镁合金,不过镁合金的价格是铝的3-4倍,发展难度也相对更大。

 

碳纤维复合材料

碳纤维最早被应用在航空领域,近年逐步被推广至汽车,然目前多见于超跑。

碳纤(carbonfiberCF)含碳量﹥95%纤维材料

2013年量产的宝马i3采用了碳纤维车身和铝制底盘,宝马称该重量较其他相同尺寸的电动车减轻了300千克之多。这款碳纤维材料CFRP(碳纤维增强树脂基复合材料),名称较为拗口,其原料是聚丙烯腈,有点像用来制作芭比娃娃头发的纤维,但实际上比人的头发纤维细10倍。

昂贵的价格一直让平民车对其敬而远之,但事实上,碳纤维材料本身并不昂贵,然而要把碳纤维加工成适合车辆行驶、碰撞的成品才真正是其价值所在。目前,诸多厂商正在加紧研发,促其成本的降低,但这需要一个漫长的过程。

 

工程塑料

工程塑料相对于铝镁合金,其重量更轻,相对碳纤维,其成本更低。近年随着其硬度、强度、拉伸性能的不断提高,安全性得到进一步保证,成为车企在汽车减重方面关注的焦点。据了解,目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过120千克/辆,个别车型还要高,德国奔驰高级轿车的塑料使用量已经达到150千克/辆,国内一些轿车的塑料用量也已经达到90千克/辆。

不过材料虽然有很多,诸多整车厂倒出现在无法推广的原因是:成本和安全性。车企表示,除非是供应商和他们自己有更好的理由和方案,否则技术再先进,材料再好,尤其对于自主品牌来说,用的机会还是很少。此外,虽然塑料的安全性目前已有较大提高,但在关键架构方面,得以应用还需要较长时间。

无论是铝合金、碳纤维还是塑料亦或是高强度材料,在未来的发展中都不可能孤军奋战。机械科学研究院资深顾问陈长年表示,材料的混合使用将成为全球汽车业发展的重要趋势。在欧洲车身会议文献中,自20062011年的72个车身中,有32个钢车身、2个全铝车身、38个钢//复合材料多种材料混合车身则超过一半。而当中,最为关键也较难突破的技术则是可靠、高效的连接。另外一个就是环保与安全如何保证,不过最终决定是否普及的原因则是成本。在此,用近期所举办的全球汽车轻量化材料交流会上一位车企负责人所言做个小结,“这个是需要政策的开放、行业的联盟所共同解决的,孤军奋战只会造成新技术的延后……”
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