浅析汽车应用材料的发展趋势

世界各国都在努力改进和研发汽车新材料,汽车用材正在发生变化,但在未来一段时期内,钢铁仍旧是汽车用材的主体,但性能会不断提高,在汽车用材中的比例也会不断下降。轻合金材料、陶瓷材料、塑料、复合材料和其他材料在汽车上的应用比例会不断上升,汽车轻量化已成为未来汽车发展趋势之一。

  1:铝金属及合金

  用轻质合金代替钢铁材料是汽车轻量化的有效手段之一。目前,国内外应用于汽车轻质合金主要有铝合金、镁合金、钛合金等。在汽车轻量化过程中,铝合金被越来越广泛的应用。铝合金 与汽车钢板相比,铝合金具有密度小(2.7g/cm3)、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点,技术成熟。德国大众公司的新型奥迪A2型轿车,由于采用了全铝车身骨架和外板结构,使其总质量减少了135kg,比传统钢材料车身减轻了43%,使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件,车身零件数量从50个减至29个,车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%,还比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都可以回收再生利用,深受环保人士的欢迎。可以预言,未来若干年铝合金仍旧是汽车轻量化选材的首选材料。论文网http://www.lwfree.com/  

  继铝金属之后,镁金属有望成为又一前景广阔的车用轻量化材料。镁金属已成为美国汽车研究理事会(USCAR)汽车材料分会关注的中心,USCAR正着手2.9L/100km耗油家庭轿车的研究,目前轻材料的研究机构开始转向对镁金属的研究。未来镁金属部件必须能够抵御外界恶劣条件如:雨、盐分、尘埃等,而那只是第一步,一个耗资1000万美元的包括政府、汽车制造商、汽车部件供应商、大学和国家实验室共同参与的镁金属应用的开发计划已经开始,主要解决关于材料的收缩性、防腐性、与相关的分析技术和合金制造方法等问题。

  目前镁金属的应用主要用于内部部件,如:转向柱套管、固定架、仪表板、座位框架、转向轮、凉栅安装导轨以及用于光盘机与录音机上,未来镁金属的应用将扩展到顶棚面板、活动车顶、车轮、进气歧管、气缸盖、油箱磐层、启动器、转化器和发动机气缸体。在欧洲已有6家汽车制造公司开发使用镁金属发动机气缸体,在未来的3~5年,镁金属发动机气缸体将进一步投入实用。为了拓展镁金属的实用性,化学家正积极寻找镁金属发动机气缸的冷却材料,一些专业化学公司也在从事这方面的工作,在发动机罩下的高温区域,如汽车变速箱和发动机部件正成为镁金属应用的一个焦点。90年代,合金技术的快速发展使得研制良好的抗蠕变性能的镁合金完全可能,加拿大的Noranda大学最近开发出3种镁金属压铸合金,并研制出高温下具有优良强度和抗蠕变性的合金材料,镁合金良好的抗蠕变性,对发动机部件来说非常重要,好的抗蠕变性意味着变速箱的材料不会变形,螺栓不会松动,因而镁金属在汽车上的应用前景非常乐观。

  随着一些相关材料的技术问题的解决,未来10年镁金属合金在每辆汽车上的使用量将突破60kg。如果关键的技术问题得以解决,其使用量将远远超过这个数,因而世界一些主要汽车制造商对镁金属的研制工作非常重视。福特公司就看好镁金属的市场前景,目前福特公司镁金属的使用量为22045吨/年,而这主要由于其汽车生产量的上升,2004~2005年公司计划将镁金属用于车身结构和仪表板上,届时其镁金属的消耗将达到44100~55155吨,与此同时福特计划2001年运动型多用途车的仪表板全部采用镁金属材料,进而扩展到福特F系列车。如果仅从成本的角度来考虑的话,镁金属和铝等轻质材料显然和钢铁相比没有优势,通用的高级材料工程师阿兰罗说,通过零件的设计和制造以及关键技术的解决,完全可以使镁金属应用于传动系、发动机缸体、变速器盖、进气歧管、水泵嘴以及底盘,如多孔镁金属合金的制造工艺的解决将扩展镁金属合金在底盘上的应用。专家相信,随着相关技术问题的解决,未来镁金属必将成为汽车轻量材料家族中的重要成员。

  2:陶瓷材料的应用

  陶瓷是一种具有独特力学、热学性能的无机非金属材料。他具有高温强度高、耐腐蚀、耐磨损、密度低、不导电、导热系数小等特点。车用陶瓷主要分为功能陶瓷和结构陶瓷两种。功能陶瓷主要用于发动机上,也用于各种传感器、加热器等;结构陶瓷主要用于汽车电子系统。论文网http://www.lwfree.com/  

  在汽车上应用陶瓷可提高汽车整体安全性、节能、降低成本、减轻车体质量、延长汽车寿命等作用。特别是发动机用陶瓷制造,具有无需润滑、质量轻、整机热效率高等优点,因此,陶瓷成为节能降耗的优质材料,。目前日本研制出了陶瓷发动机,与传统金属材料发动机相比发生了质的转变,。这种发动机效率提高了50%,质量减少了30%左右,并且省去了冷却系统等。他不但可以燃烧汽油,稍加改装还可以燃烧甲醇和煤粉。有关专家认为,发动机陶瓷化将“大有可为”。

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