鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

甄 雯

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué),天津 300222）

汽車的尾氣排放也是城市空氣的主要污染源，隨著日趨嚴(yán)峻的氣候和能源問題以及汽車保有量的不斷給速增，各個(gè)國(guó)家都在給汽車制造企業(yè)提出更好的要求——降低產(chǎn)品能耗、減少污染、提高燃料的經(jīng)濟(jì)性。而對(duì)于我國(guó)來說，據(jù)統(tǒng)計(jì)2012年末全國(guó)民用汽車保有量達(dá)到12089萬輛，預(yù)測(cè)在未來6年內(nèi)年汽車保有量將達(dá)到1.5億輛，這個(gè)數(shù)據(jù)顯示節(jié)能減排刻不容緩，汽車輕量化亦勢(shì)在必行?，F(xiàn)如今汽車制造用材料的結(jié)構(gòu)也隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)生著變化，汽車生產(chǎn)所用的材料向著輕量化、低消耗、高性能等綜合功能的方向發(fā)展。輕量化的目的就是使汽車應(yīng)用高強(qiáng)度和輕質(zhì)材料的綜合性能，要保證汽車的安全性的同時(shí)提高汽車的環(huán)保性能，以達(dá)到降低污染排放為最終目標(biāo)。

在車輛運(yùn)行周期中，汽車自身質(zhì)量每下降1000kg，就可以減少燃油消耗4800L，降低溫室氣體排放11.2噸。這組數(shù)據(jù)可以讓我們看到汽車鋁化對(duì)未來綠色環(huán)保事業(yè)的“超能量”。鋁合金以最富于開發(fā)和應(yīng)用潛力的“綠色材料”之名得到了認(rèn)可。其比強(qiáng)度相似于合金結(jié)構(gòu)鋼甚至某些鋁合金高強(qiáng)度高韌性，其抗拉強(qiáng)度超過600MPa，高于碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋁及鋁合金材料具有很多環(huán)保性能：密度小可使車體質(zhì)輕；耐蝕性好可實(shí)現(xiàn)無涂裝；美觀耐用容易進(jìn)行表面處理；易成形可回收再生等。與鋼相比，以鋁代制造汽車可使整車重量減輕30%-40%，制造發(fā)動(dòng)機(jī)可減重30%，制造輪轂可減重30%，而用鋁制造散熱器比銅制品輕20%～40%，整車減重可達(dá)到50%，其輕量化的效果非常明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，整個(gè)歐洲的汽車工業(yè)在2002年消耗了大約25萬噸用于汽車制造，82.8萬噸用于生產(chǎn)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛機(jī)構(gòu)和懸掛機(jī)構(gòu)。全世界鋁材消耗量的12%～15%以上用于汽車制造工業(yè)，某些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家已超過25%。鋁位居普通汽車中金屬材料消耗量的第三位，僅次于鋼與鑄鐵，而在全鋁車中的用量則攀升到第二位。

目前，鋁合金鑄件是相較鋁合金板材、擠壓型材等應(yīng)用在汽車中最為顯著、占比最多的形態(tài)。但是從應(yīng)用位置看，鋁合金板材是制造車身的主要材料，是在未來市場(chǎng)中最具潛力和發(fā)展的。鋁合金中用于制造汽車車身的材料主要有2000系、5000系、6000系合金，這些鋁合金的沖壓性能已近似于鋼材，某些性能甚至已超過鋼材，完全有“能力”替代鋼材用于制造汽車車身。

汽車保險(xiǎn)杠吸收沖撞時(shí)的能量，保護(hù)汽車內(nèi)部的安全性，但也增加了整車的重量。一些鋁保險(xiǎn)杠的σs和σb都有提高，甚至大大超過了冷軋鋼板，正逐步應(yīng)用于制造汽車的安全保險(xiǎn)和防沖撞系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)汽車輕質(zhì)的目的。近年，專家們研究的發(fā)泡鋁也得到了應(yīng)用，即利用泡沫金屬鋁制造汽車保險(xiǎn)杠，不僅能最大程度地吸收碰撞能量，還擁有隔音、隔熱等性能，使汽車的安全性和舒適性亦得到很大改善。

發(fā)動(dòng)機(jī)是一輛汽車的心臟，對(duì)材料導(dǎo)熱性，耐蝕性要求較高的發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋，鋁合金在制造這些零部件擁有著非常突出的優(yōu)勢(shì)。美國(guó)通用汽車公司、法國(guó)汽車已采用全鋁氣缸套，法國(guó)汽車鋁氣缸體達(dá)45%，日本日產(chǎn)公司VQ和豐田公司的凌志IMZ2FE V6采用鑄鋁發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼等，世界各個(gè)汽車公司都在高比率、高速率的的應(yīng)用鋁合金。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件采用鋁金屬件是非常符合汽車的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)動(dòng)機(jī)及其零件的鋁化可以減輕重量、減少振動(dòng)，從而減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作負(fù)荷，降低了燃油耗率，減少故障的出現(xiàn)頻率，延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

鋁化率最快的汽車零部件當(dāng)屬汽車輪轂。鋁合金輪轂不僅散熱好、吸震強(qiáng)、抗蝕性強(qiáng)，其力學(xué)性能，如抗沖擊性、彈性、耐熱性都很好，其綜合性能優(yōu)，能夠有效地提高車輪及輪胎的使用壽命以及轎車的舒適性和安全性。鋁合金輪轂的環(huán)保效應(yīng)也十分顯著：日本某研究機(jī)構(gòu)曾經(jīng)做過試驗(yàn)，普通5座轎車的質(zhì)量每減輕1 kg ，一年約節(jié)省20 L 汽油，約可行駛16000m，同時(shí)產(chǎn)生50kg的碳排放量。鋁合金輪轂使用很廣，一些國(guó)外汽車企業(yè)的鋁合金車輪已經(jīng)達(dá)到80%以上的使用率，而我國(guó)鋁合金車輪的使用率也已達(dá)到50%左右，鋁輪轂正在向由厚變薄、形態(tài)由簡(jiǎn)單變復(fù)雜、重量更輕及安全性更高的方向發(fā)展，以適應(yīng)汽車行業(yè)發(fā)展的諸多要求。

如壓縮機(jī)、冷凝器、散熱器、暖風(fēng)設(shè)備等汽車的冷凝及散熱設(shè)備系統(tǒng)，幾乎是全鋁制造。在歐洲汽車空調(diào)系統(tǒng)的鋁化率已經(jīng)高于九成，在美國(guó)也達(dá)到六、七成，在日本達(dá)到二、三成。由于冷卻液、鹽類造成的內(nèi)部、外部腐蝕而產(chǎn)生的容器壁損壞乃至漏水問題而直接影響其使用性能及使用壽命，這也成為了鋁制冷凝及散熱設(shè)備系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸，目前只有向冷卻水中添加防銹劑、采用表面處理等方法進(jìn)行簡(jiǎn)單處理以彌補(bǔ)不足。

美國(guó)資深汽車工程師David Scholes也預(yù)言：未來轎車上的每一個(gè)零件都有可能用鋁合金生產(chǎn)，10～15年后會(huì)有越來越多的鋁合金用于汽車，而且鋁合金制品完全可能比塑料還輕。為了提高鋁合金在汽車上的應(yīng)用水平，要繼續(xù)開發(fā)低成本的鋁合金，探索鋁合金成形及加工工藝，不斷提高回收再生技術(shù)的應(yīng)用，降低鋁合金的生產(chǎn)成本，研發(fā)不同類型材料連接的技術(shù)以滿足今后轎車結(jié)構(gòu)的發(fā)展。從而擴(kuò)寬鋁合金在汽車制造之旅的道路。

汽車工業(yè)作為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，未來幾十年都將得到持續(xù)高速發(fā)展。從舒適、美觀、耐用、輕量化、節(jié)能、環(huán)保等綜合性能方面來看，鋁合金是汽車制造業(yè)高端化和輕量化的首選材料，研制、開發(fā)汽車用鋁合金對(duì)提升我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有不容忽視、舉足輕重的作用。

[1]馬鳴圖，易紅亮，路洪洲.論汽車輕量化[J].中國(guó)工程科學(xué),2009(05).

[2]王孟君，黃電源，姜海.汽車用鋁合金的研究進(jìn)展[J].金屬熱處理,2006(09).

[3]王 剛，鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展前景 [J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2008(09).

[4]馮美斌.汽車輕量化技術(shù)中新材料的發(fā)展及應(yīng)用[J].汽車工程,2006,(03).

[5]孫丹丹等.鋁合金在汽車中的應(yīng)用[J].山東內(nèi)燃機(jī),2003,75(01).

[6]杜明義.用鋁合金材料實(shí)現(xiàn)汽車輕量化[J].輕合金加工技術(shù),2007,35(02).

[7]孫丹丹，李文東. 鋁合金在汽車中的應(yīng)用[ J ].山東內(nèi)燃機(jī),2003,75(01):34236.

[8]張譯中.國(guó)外汽車用非鋼材料的開發(fā)與運(yùn)用[ J ].汽車工藝與材料,2002(10):37238.