国内汽车用新材料的发展状况研究

国内汽车用新材料的发展状况研究

国内汽车用新材料的发展状况研究

【摘要】本文主要介绍了国内汽车用新型材料的发展状况，并提出了今后汽车用材料的发展趋势。

【关键词】新型材料，发展状况，发展趋势

1、概述

随着科学技术的发展，各种新型材料广泛应用于汽车。汽车材料是汽车设计、品质、质量及竞争力的基础，汽车技术的发展在很大程度上取决于汽车材料的发展。自19世纪90年代以来到今后相当长的一段时期内，汽车用材料将紧紧地围绕着环保、节能、安全、舒适性和低成本这五个主题展开，因而汽车材料的发展也更加多元化、多样化。其中轻量化的要求最为突出，使汽车材料构成有了明显的变化。今天，汽车材料的热门领域，主要是轻型机构材料和先进功能材料，前者应用于车身、底盘和动力系统，后者应用于内燃机和后处理、能量储存和转换、电子学及智能材料，如燃料电池用的材料、储氢材料和传感器。至于减轻重量的方法，通用汽车中国投资有限公司高级项目经理刘新宽认为，首先是使用轻量化的材料，而通过CAE模型工具夜可以使材料的刚度、强度和厚度达到局部最优化，至于材料界，则需要发展低成本、稳定的生产工艺，以使符合材料结构达到减重的目的。

2国内汽车用新材料的发展状况

2.1轻量化与环保是当今汽车材料发展的主要方向。轻量化材料是指能减轻汽车零部件自身质量的材料。早期的轻量化材料主要为密度较小的轻质材料，如铝合金、镁合金、泡沫材料、塑料和复合材料。铝是应用较早且技术日趋成熟的轻量化材料。它在汽车上的用量呈现持续增长的趋势。根据世界铝协统计，在1991至1999年间，铝在汽车上的应用翻了一番，预计到2005年还将再翻一番。2002年北美平均每辆车的用铝量已达124kg。汽车上的铝零件以铸铁为主，如缸体、缸盖、变速器壳体、汽缸盖罩等，他们大约占去了汽车用铝量的80%。

在轻量化的推动下，铝合金材料及其应用技术发展很快，在近年来出现的全铝车身以及铝密集型汽车（如福特P2000）中，铝的比例更是高达37%。铝的应用现正朝车身零件及结构件的方向发展，如应用日益广泛的铝合金车箱盖、发动机罩、提升式后车门、前端翼子板、发动机支架以及全铝车身骨架等。未来铝在汽车中的应用范围将进一步扩大，并将呈现逐渐、型材、板材并举的局面。铝在汽车中的应用范围进一步扩大，并将成为仅次于钢的第二大汽车材料。

2.2轻量化材料的应用范畴正在扩大。为适应汽车市场的需求，钢铁企业开发出了高强度钢，采用高强度钢生产汽车零件，同样可以达到减轻质量的效果。从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50%，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。现在的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料，到2000年，其用量已上身到50%左右。中国奇瑞汽车公司于宝钢合作，2001年在试样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。最近，不锈钢又称为一种潜在的新型轻量化材料。

2.3更重视汽车材料的回收技术。为了节省资源、保护环境，日本于1992年10月开始实施“ 关于促进再生资源利用的法律” 。汽车是该法律适用对象之一，要求制造商在设计阶段就对再生利用作出评价，并从材料、结构、拆分等各方面进行积极研究。该法实施以来，日本有关汽车用材料再生利用的研究进一步受到重视，取得了一些新进展。丰田、日产、本田等公司均已开始通过各自的销售网来系统地回收在维修中换下的保险杠，经洗净、粉碎后，加工成货物周转箱（丰田）、通风管迸（日产）、换气口（本田）等等重新加以利用。为了进一步提高由高级聚丙烯材料制成的保险杠的再生利用率，各汽车公司正在加紧研究能完全消除旧保险杠表面油漆的影响，从而用旧材料制造新保险杠的有关技术，升已取得阶段性成果。如日产公司的“有机盐系溶剂分解、剥离法” 、富士重工业公司的“ 微粉碎法” 、丰田公司的“加压水分解法” 等，在不远的将来，

即可望获得实际应用。

3新型材料应用的发展趋势

3.1新材料回收再用性的研究。研究汽车新材料的最终处置问题至关重要，从某种程度上讲，关系到它的生存与发展。目前，汽车上约占自重25%的材料无法回收再用，其中三分之一为各种塑料，三分之一为橡胶，还有三分之一为玻璃、纤维。鉴于这种情况，世界各国都花费大量的人力、物力进行材料的回收再生问题的研究。现在可以通过三种途径进行回收：颗粒回收，重新碾磨；化学回收，高温分解；能源回收，将废弃物作为燃料。

3.2减少材料的品种。未来汽车在工程塑料类型的选择上将会发生巨大的变化。目前汽车使用的塑料由几十种高分子材料组成，当前世界各大汽车公司致力于减少车用塑料种类，并尽量使其通用化。这将有利于材料的回收再生和生态环境的保护。

3.3降低成本。制约汽车车身新材料应用的重要因素是价格。作为主要新材料的高强度钢、玻璃纤维增强材料、铝和石墨增强，其成本分别为普通碳钢的1.1倍、3倍、4倍和20倍。所以只有大幅度降低这些新材料的制造成本，才可能使诸多新材料进入批量生产。如玻璃纤维增强材料将在成本上成为钢材的有力竞争者，虽然它的重量减轻有限，但价格却能为用户接受。石墨合成材料尽管性能良好，但因其成本居高不下，目前它在汽车工业上很难有所作为。

3.4车身设计方法的革命。据欧洲汽车界人士预测，在今后十年中，轿车自身质量还将减轻20%，除了大量采用复合材料和轻质合金外，车身设计方法也将发生重大变化。由于大量采用新型材料，传统的车身结构及其设计方法可能不再适用，取而代之的是一种基于生物学增长规律的形状优化设计法，这种设计方法即能减少零件质量，又延长了零件的使用寿命。此外，采用新的设计方法还能使车身零件数大幅度减少。

4、结束语

汽车的发展以后在很大一定程度上要依靠新技术和新材料，而新材料起到了至关重要的作用。新的车身带来了更好的视觉享受，也加强了安全性和实用性；新的内饰也更加环保和就健康，极大的提高了