铝合金在汽车上的应用现状及前景

铝合金在汽车上的应用现状汽车是应用最广泛的交通工具，环保、能源、安全是汽车发展的三大课题。

为解决这三大课题，现代汽车正朝着轻量化、高速、安全舒适、低成本、低排放与节能的方向发展。

而目前满足上述要求的最有效的途径就减轻汽车自重。

铝及其合金加工材料由于具有密度小、比强度高、抗冲击性能好、耐腐蚀、良好的加工成型性以及极高的再回收、再生性等一系列优良特性，成为实现汽车轻量化最理想的首选材料。

汽车使用铝合金材料具有多方面的优点：
首先是减重效果明显，通常每使用1Kg铝，汽车自重可下降2.25Kg；
第二是节能效果十分可观。

根据日本科研机构测定，汽车重量每减轻1Kg,平均一年可节省12L汽油。

车重每降低10%，燃料消耗可降低5.6%；
第三是乘客的舒适性和安全性获得提高。

若车重减轻37%，发动机输出功率可提高40%；车重减轻25%，就可使汽车加速到60Km/h的时间从原来的10秒钟减少到8秒钟；同时使用铝合金车轮，由于震动变小可使用更轻的缓冲器；由于是在不减少汽车容积的情况下使用铝合金材料而减轻汽车自重，因此使汽车更加稳定、乘客空间变大，在受到冲击时铝结构能吸收分散更多的能量，因而更加安全和舒适；
第四是在减少污染、改善环境方面。

由于汽车重量的减轻，导致了燃料消耗的下降，所以可减少尾气的排放，使环境得到改善。

据介绍，若车重减少50%，CO2排放量可减少13%；
第五是汽车报废后铝可以回收再利用，因为铝是能最大限度回收的材料，前回收率为85%，有80%左右的再生铝用于汽车工业，汽车用铝中有60%来自回收的废铝。

因此汽车的铝化是世界性的发展趋势。

汽车铝化的先行国是美国、日本、德国三大汽车生产国。

日本计划未来单台车用铝270Kg，使铝化率达到31.3%，届时体构造用材料中约17%为铝。

因此，逐渐提高汽车的用铝量已成为世界各国的共识。

1.1汽车发动机的铝化
发动机是汽车的心脏，占发动机总重量25%的汽缸体的铝化速度正在加快。

日本本田公司用新压铸法(低速、中压铸造)成功地使气缸达到了100%的铝合金化。

日本丰田公司已推出莱克萨斯(Lexus)LS-400型高级轿车用的全铝合金发动机。

这种IUZ-FE发动机汽缸容量为4.0L，净重202Kg，在V8型汽车发动机中是最轻的。

美国福特汽车公司也已推出一种铝合金发动机，该名为“V6永久技术”发动机汽缸容量分别为2.5L和3.0L两种。

Al-Si系耐磨合金，Al-Si-(Fe,Ni)系耐热耐磨合金，Al-Fe系耐热合金等正在用于制作活塞、连杆、汽缸套等发动机零部件等。

使用新型中低压铸法可实现缸体的轻量化，减少壁厚10mm，相当于减轻重量1～1.5Kg气缸盖、活塞等零件都可能全部使用铝铸体。

随着新型耐磨蚀耐热铝合金的不断研究开发，将会进一步加快汽车发动机的铝化速度。

1.2 汽车散热器的铝化
汽车散热器(包括水箱、空调器的蒸发器和冷凝器)大多数是用厚铝箔与铝管
制造的，它比铜质散热器轻40%左右，而且有相当好高的热交换性能，价格也比铜的低。

铝散热器代替铜散热器已成为人们的共识，得到了世界各国广泛的应用。

比如在1985年，约78%的法国和德国轿车、44%的英国轿车、65%的瑞典轿车、81%的意大利轿车及55%的西班牙轿车就已经安装了铝合金散热器，而现在几乎达到100%。

这是因为其具有耐腐蚀性强、使用寿命长、质量比铜制散热器轻20～40%以及热交换率高12%。

福特公司开发了一种散热器，它的椭圆形水管可以用机械装配，这种散热器具有更好的热传导性(它用一组椭圆形的水管代替了两组圆形的水管)，而且质量小、成本低、力学强度和可靠性丝毫不比传统的散热器逊色。

把铝合金散热器用于中型载货汽车和重型载货汽车虽开始得比较晚(在1985～1989年之间)，但优质冷却液及抗腐剂的作用使其日益推广。

目前，汽车空调器已可实现全铝化，但汽车水箱的铝化率还有很大的潜力可挖。

随着相关技术的不断改进，铝散热器在汽车工业上的应用前景将十分广阔。

1. 3 汽车车身与车体的铝化
汽车车身与车体空间框架结构的铝合金化也越来越受到世界各国的普遍重视。

车门、车顶外板、车身侧板、发动机罩、行李箱盖、挡泥板、车体框架、保险械、地板等零部件，过去很少用铝合金制造，现正在加速铝化进程。

比如阿尔卡(Alco)公司与通用公司以及奥迪公司联合开发铝合金车身。

他们开发了一种可以制造铝合金框架的新工艺。

这种铝合金框架系采用保护气焊接工艺制成。

阿尔卡公司还在距德国杜塞多尔夫不远的地方建立了生产铝合金车身空间框架的分公司。

在采用新工艺时设备的投资要比采用常规工艺时减少一半。

美国福特公司也采用了空间框架的技术。

经专家计算，在用比钢更贵的挤压铝材制造车身框架时，材料利用率高，并且铝合金车身几乎要比传统车身轻 50%。

福特公司开发的“综合-2010”型汽车的铝焊接结构承载车身的质量比钢焊接结构车身减轻了450Kg或者说减轻了 46%。

在不降低汽车使用性能的情况下，把发动机的功率由110KW降到 59KW，而此时的油耗仅为 4.7L/100Km。

从 1991 年起，福特公司开始使用铝板制造新型“Tarus”汽车的车门内外板、行李舱盖及前翼子板。

这些铝板由阿尔卡公司提供。

其他公司也在开发轿车铝合金车身框架。

比如保时捷、凯迪拉克、劳斯莱斯、沃尔沃、梅赛德斯、奥迪及法拉利的某些型号的汽车也已经使用铝车身覆板。

根据Hidro铝业公司(挪威)的建议，在其制造铝合金车身的基础上成立了“Hidro Automotiv铝业”欧洲联合企业及在德国的Unterschliasgem分公司。

该联合企业已经和法国雷诺公司进行合作，准备批量生产铝合金车身汽车。

日本也建立了几个以生产铝合金车身零部件为主要任务的联合企业。

其中Kavasa Ki Stil公司和Furu Kava铝业公司每年能生产 5000～6000t铝合金板材。

Kobe Stil公司不仅研究汽车用铝合金板材，而且还研究铝合金挤压毛坯、锻件及铸件等等。

日本本田公司生产的新型赛车采用 210Kg的铝合金整体本身外壳，比钢质的同样外壳轻 140Kg。

韩国现代汽车公司推出一种取名为“科佩”的超轻量的铝合金高级轿车，车身重量仅有 148Kg，相当于同类钢车身重量的一半左右，既可节约大量的能源，获得巨大的社会效益，同时也提高和改善了运行性能。

车身的铝化，能实现可观的减重效果，使铝合金材料在汽车工业上的应用有可能获得突破性的进展。

1.4 汽车底盘的铝化
汽车底盘也可实现铝合金化。

德国奥迪公司推出的A-8型豪华轿车，抛弃了
使用多年的钢质底盘而改用新型的铝合金底盘，其重量减轻了约200Kg。

虽然比钢制的高出了约45%的生产成本，但足以用其整个使用寿命周期内所节省的汽油价值来抵偿，同时所取得的社会效益是巨大的。

从整体看，汽车底盘的铝化还是有它一定的发展前途的。

1.5 汽车铝合金轮毂
1923年，赛车开始使用砂模铸造的铝合金轮毂，第二次世界大战后，铝轮毂用于普通汽车。

1958 年，有了整体铸造的轮毂，以后不久又有了锻造轮毂，1979 年美国把铝带成形轮毂作为标准轮毂。

1990 年，阿卢马克斯工程金属工艺公司(AEMP)与索帕里奥(Supcrior)工业公司合资在阿肯萨斯州菲耶特维尔市建设的全球第一个半固态模锻(SSF)铝合金轮毂厂投产，使铝合金轮毂生产又进入了一个新阶段。

1981年，美国凯泽铝及化学公司用挤压法首次生产铝合金轿车整体轮毂，其直径为457.2 毫米，用于装备80年代中期前轮驱动的小型轿车。

与其它轮毂相比，铝轮毂具有如下优点：
(1)铝轮毂减重效果明显，从四轮轿车到十轮大客车，使用铝轮毂，每个轮可减重2～18.5Kg，每辆车可减重8～74Kg，即减轻重量29～44%。

(2)铝轮毂节油效果好。

日本川西泰夫等用钢轮毂车总重为14.7吨、铝合金轮毂车总重为14.5吨的两辆载货卡车进行了耗油量试验。

试验车速为90、80、40、30及20公里/小时。

(3)散热性好。

轿车在高速行驶时，轮胎与地面摩擦会发热，制动盘和制动片摩擦也会发热，在高温的作用下，轮胎和制动片均会加速磨损和老化，一旦失效就可能引发安全事故。

铝合金的传热系数比钢大3倍，可将轮胎和制动片上产生的热量迅速地传导散发到空气中去，能有效地避免车轮在高速旋转下产生的种种弊病，提高了安全性。

(4)舒适性好。

铝合金轮毂是精密的铸造件，精加工表面达80%以上，失圆度小平衡性好；特别是铝合金弹性模量较小，抗振动性好，能减少行驶中的振动，加上真圆度好，更具有吸收震动及弹力的功能，所以提高了整车的舒适性。

(5)外观赏心悦目。

铝合金轮毂的外表面经过抗腐蚀处理再静电粉体涂装，让人有一种美观、精致、豪华的感觉。

2.铝合金在汽车上的应用前景
汽车工业中，零部件的轻量化与高强度对于汽车节能降耗、提高安全系数具有显著作用，铝合金因为具有良好的成型性能和较好的强度、耐腐蚀性且成本低等优点，被越来越多地应用到汽车底盘、发动机及车身中。

因此，提高汽车的用铝量，实现轻量化，已经成为当今汽车制造业技术进步的一个重要环节。

预计在未来，国内外汽车工业对汽车用铝材的需求量会大大增加。