汽車常用材料應(yīng)用及發(fā)展

李娜

摘 要： 針對(duì)現(xiàn)代材料在汽車上的應(yīng)用，分析汽車中各種材料的應(yīng)用場(chǎng)合和特點(diǎn)，提出了汽車材料要在滿足汽車安全性、功能性的同時(shí)，把綠色環(huán)保放在首位，各種材料綜合使用，在車身恰當(dāng)?shù)牟课缓托旭偔h(huán)境中使用最合適材料的應(yīng)用觀點(diǎn)。并對(duì)我國(guó)新能源汽車材料的發(fā)展方向進(jìn)行了預(yù)盼。

關(guān)鍵詞： 汽車材料;應(yīng)用;發(fā)展

中圖分類號(hào)： U465? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.026

0 引言

材料是人類生產(chǎn)和生活所必需的物質(zhì)，在汽車的生產(chǎn)制造和車輛工作行駛時(shí)用到的材料統(tǒng)稱為汽車材料，汽車材料可歸納為汽車零部件材料和汽車運(yùn)行材料兩大類。

1 汽車材料的應(yīng)用

現(xiàn)代生活對(duì)汽車安全性好、舒適性強(qiáng)、自重輕、污染排放低、能耗小、價(jià)格低等提出了各種要求，這需要設(shè)計(jì)者正確合理地選擇汽車的材料。 而各種新材料的應(yīng)用，也促進(jìn)了汽車的功能性提高并且使汽車工業(yè)得以發(fā)展。如按照重量來?yè)Q算，一輛轎車中的金屬材料占整車重量的65%～80%，其中鋼鐵約占65%，有色金屬約占10%;非金屬材料占到12%～18%;其他如油漆、各種運(yùn)行材料等占6%～12%。

2 汽車零部件材料

一輛汽車由約3萬個(gè)零部件組裝而成，這些零部件又采用了4000余種不同的種類、規(guī)格的材料加工制造而成。

2.1 金屬材料

現(xiàn)代工業(yè)上金屬和金屬合金分為黑色金屬和有色金屬，我們說的鋼鐵材料就是黑色金屬。汽車零部件材料現(xiàn)在以黑色金屬為主，汽車工業(yè)中碳素鋼或鑄鐵多用來制造普通的汽車結(jié)構(gòu)零部件。功能性汽車零部件則采用合金鋼制造，如齒輪、十字軸、汽車縱橫梁等，還有專用的合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼，及用來制造空氣壓縮機(jī)閥片、汽車外裝飾件的不銹鋼，用于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門的耐熱鋼，耐磨鋼則因?yàn)榫哂懈呖鼓p能力可用在拖拉機(jī)的履帶上等。

有色金屬是黑色金屬以外金屬的統(tǒng)稱。汽車使用的有色金屬主要有鋁、銅及其合金和滑動(dòng)軸承合金，如鋁合金汽車輪轂和鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、銅合金軸套和襯套、汽車軸承合金制作的軸瓦等。

2.2 汽車非金屬材料

隨著現(xiàn)代材料性能的改良和各種新型材料的不斷出現(xiàn)，在現(xiàn)代汽車制造中非金屬材料的應(yīng)用比例也在不斷上升。

塑料在汽車上應(yīng)用在儀表板、座椅、頂棚、門內(nèi)板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋內(nèi)襯等內(nèi)飾件上，也應(yīng)用于保險(xiǎn)杠、散熱器格柵、翼子板（擋泥板）、燈類等外飾件上，還能用在汽車?yán)鋮s風(fēng)扇、氣門室罩蓋、油箱、水泵等功能件和結(jié)構(gòu)件上。因?yàn)橄鹉z的彈性、熱可塑性、黏著性，還有絕緣性等性能良好，所以汽車上的減振元件、輪胎、墊圈、膠帶、油管、皮碗、電線護(hù)套等都是由橡膠制造的。

汽車上常用的玻璃有鋼化玻璃、夾層玻璃以及在其基礎(chǔ)上衍生的其他類型汽車玻璃，如中空玻璃和防彈玻璃等。這些設(shè)計(jì)，即使玻璃破碎也不會(huì)產(chǎn)生尖銳的棱角。在當(dāng)代汽車制造業(yè)中陶瓷和新型復(fù)合材料也得到了越來越多的應(yīng)用，如發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞和功能陶瓷制造的氧傳感器等由陶瓷制造;碳纖維合成的復(fù)合材料，它有良好的過載安全性、減少摩擦和振動(dòng)，成型工藝簡(jiǎn)單等綜合特點(diǎn)，碳纖維陶瓷汽車制動(dòng)盤和碳纖維汽車輪轂在現(xiàn)代汽車上已經(jīng)具體應(yīng)用。

2.3 汽車運(yùn)行材料

為保證汽車的正常行駛，除了汽車零部件材料外，汽車還需要燃料、機(jī)油、齒輪油、制動(dòng)液、冷卻液等大量的運(yùn)行材料，以滿足汽車能量的轉(zhuǎn)換、傳動(dòng)的潤(rùn)滑和冷卻、車輛制動(dòng)等工作過程。

汽油和柴油燃燒時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境有污染，但是目前兩者還是現(xiàn)代汽車工作的主要?jiǎng)恿碓?。此外，還有一些新型燃料，主要包括燃?xì)?、醇醚類燃料、合成油、生物柴油、氫能等?/p>

汽油是點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，車用汽油的主要選用依據(jù)是發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。要注意汽油和柴油不能混用;溶劑汽油不能與車用汽油混用;另外，汽油屬于易燃易爆品，一定要注意安全。柴油是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，不同牌號(hào)的柴油可以混合使用， 并可根據(jù)氣溫的高低酌情調(diào)配，但嚴(yán)禁向柴油中摻入汽油。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油使用量大，工作環(huán)境嚴(yán)格，一般按說明規(guī)定選用并要注意定期、定行駛里程或按質(zhì)換油。汽車的手動(dòng)變速器、減速器、轉(zhuǎn)向器等處的齒輪機(jī)構(gòu)，工作時(shí)會(huì)受到很大的單位壓力，這些位置離不開齒輪油進(jìn)行潤(rùn)滑和減摩。潤(rùn)滑脂俗稱黃油，常溫呈半固體狀態(tài)。潤(rùn)滑脂具有許多優(yōu)良性能，它是汽車中不可缺少的潤(rùn)滑材料。

汽車制動(dòng)液俗稱剎車油，目前主要是合成型制動(dòng)液，按其基礎(chǔ)液不同，常用的有醇醚型和脂型兩種。汽車防凍液是一種含有特殊添加劑的冷卻液，按防凍劑的不同，可分為酒精型、甘油型、乙二醇型等。汽車擋風(fēng)玻璃清洗液（俗稱玻璃水）的成分有水、酒精、乙二醇、緩蝕劑等，功能是清潔玻璃，防止結(jié)霜，防霧，以及潤(rùn)滑玻璃。

2.4 其他汽車材料

汽車電工材料可分為絕緣材料、導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料和磁性材料，主要作用是導(dǎo)電、導(dǎo)磁或絕緣。另外，不少汽車美容與裝飾材料，如汽車清洗劑、車蠟、汽車保護(hù)劑、車膜、汽車地膠、車載兒童座椅、汽車外裝飾材料等也更多地出現(xiàn)和應(yīng)用，以滿足不同的駕駛?cè)巳簩?duì)汽車安全、美觀、娛樂、個(gè)性化的追求。

3 汽車材料的發(fā)展

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)生態(tài)環(huán)境重要性認(rèn)識(shí)的提高，節(jié)能減排，綠色環(huán)保理念也更多地引入到汽車材料的研究、推廣和應(yīng)用上。汽車輕量化已在汽車材料的選擇上得到了廣泛的認(rèn)同，輕量化的概念是指在保證汽車行駛安全的前提下，降低汽車重量同時(shí)增加汽車的功能，從而節(jié)約能源，減少污染。

在汽車制造中，有色金屬及合金、非金屬和復(fù)合材料等新材料將越來越多的代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑色金屬。如鋁、鎂、鈦、銅等有色金屬及合金越來越多替代鋼鐵材料用于制造汽車構(gòu)件，如奧迪推出的一款全鋁汽車，車身采用全鋁空間框架ASF使得車身質(zhì)量比傳統(tǒng)鋼制車身輕40%以上，比同款大小的車輕150 kg?，F(xiàn)代轎車中開始大量應(yīng)用非金屬材料，工程塑料正廣泛用于汽車保險(xiǎn)杠、內(nèi)外飾覆蓋件及車用安全玻璃等。尼龍材料制成的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋具有良好的表面，選用有顏色的鑄模成型件，還能節(jié)省涂裝，更經(jīng)濟(jì)和環(huán)保。用尼龍進(jìn)氣箱閥替代原來的鋁進(jìn)氣箱閥，可使生產(chǎn)成本下降30%并減輕50%的質(zhì)量。

復(fù)合材料有質(zhì)量輕、耐沖擊和異形曲面加工容易等良好性能，或有助于用在汽車車身和其他車用大型結(jié)構(gòu)件的制造上。前面提到的碳纖維材料，同樣體積大小的材料重量不到鋼的30%，且有很好的韌性和抗拉強(qiáng)度。此外，陶瓷和其他高分子材料也都在汽車上得到了一定的應(yīng)用，如發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室零部件適用陶瓷的薄膜噴涂技術(shù)處理，提高了隔熱效果，有效減少了散熱，降低燃油消耗，使發(fā)動(dòng)機(jī)體積更小，質(zhì)量更輕。

多種材料的綜合使用將會(huì)是汽車材料發(fā)展的方向，我們追求的是在滿足汽車安全性、功能性的同時(shí)，把綠色環(huán)保放在首位，在車身恰當(dāng)?shù)牟课缓托旭偔h(huán)境中使用最合適的材料。

4 新能源汽車材料的發(fā)展

2018年以來，中國(guó)汽車市場(chǎng)由多年的高速增長(zhǎng)進(jìn)入了微增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)階段，而世界汽車制造業(yè)也從傳統(tǒng)的機(jī)械加工進(jìn)入智能化、柔性化的改變。所以我國(guó)現(xiàn)階段和未來一個(gè)時(shí)期，已把新能源汽車產(chǎn)業(yè)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外所有其它能源汽車?？梢酝ㄟ^熱能、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等得來的電能是二次能源，清潔環(huán)保。以電能為動(dòng)力的汽車稱為電動(dòng)汽車，是當(dāng)今汽車行業(yè)的發(fā)展方向。

目前全球一半電動(dòng)汽車都在中國(guó)制造，電動(dòng)汽車的研發(fā)，關(guān)鍵在于減少二氧化碳排放，創(chuàng)新動(dòng)力系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)。除電池重量外，還要考慮降低車身重量，這就需要更好的高性能材料來取代原有舊的材質(zhì)，使車身和電池單元變得更輕，我國(guó)在電動(dòng)汽車新材料的創(chuàng)新研發(fā)方面發(fā)揮著帶頭作用。

未來汽車要想在真正意義上超越傳統(tǒng)的能源汽車，就必須以新能源為動(dòng)力的汽車上所應(yīng)用的汽車材料為引領(lǐng)，考慮安全性、節(jié)能性和通用性，對(duì)重要位置的材料進(jìn)行實(shí)用性技術(shù)突破。優(yōu)良特性的合金材料、高性能的電工電子材料、綜合性價(jià)比高的非金屬及復(fù)合材料、石墨烯和新能源材料等各種新材料將逐步被應(yīng)用在汽車上，全球汽車材料產(chǎn)業(yè)必將經(jīng)歷一場(chǎng)前所未有的變革。