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汽車可替代材料“競標” 鋁合金呼聲最高

瀏覽次數: 日期:2015-04-07 14:49

    如果對近年汽車的關鍵詞進行匯總,新能源排名榜首的話,“輕量化”至少也是位列三甲。雖然是老生常談話題,然隨著政策的苛嚴以及懲罰力度的加強,雖然執行上還有待改善,然在記者的日常走訪中發現,與之前相比車企已然感覺壓力山大。節能降耗大趨下,若汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6%—8%;汽車整備質量每減少100公斤,百公里油耗可降低0.3—0.6升。而從成本上來看,減少1公斤的車重則可以減少10美元左右的支出。
 
  據悉,汽車輕量化可從設計輕量化、采用輕質材料替代鋼鐵、改進制造工藝和提高現有材料強度(高強度、超高強度鋼)四方面實現。而當中,可替代性材料前景被業內技術專家們普遍看好。在在目前的材料工藝中,主要有鋁、鎂合金、陶瓷、工程塑料、玻璃纖維或碳纖維復合材料等。而目前無論是車企還是材料企業,探討的話題,除了高強度鋼外,最多的莫過于以上可替代之“材”。而在百材競放中,誰能最終獲得車企的青睞,目前還為可知,不過鋁合金因其技術相對較為成熟,而暫時保持呼聲較高的地位。
 
  鋁合金
 
  不過材料的應用來看,鋁合金技術的確較為廣泛。汽車上有眾多零部件可以使用鋁合金代替,以達到輕量化的目的,估算可平均節省重量125%。根據汽車咨詢機構Duckers調查,北美、歐盟、日本單車用鋁分別高出中國47%、24%、15%,且歐美日單車用鋁仍在持續增長。
 
  早在1990年開始銷售的日本本田NSX車采用了全鋁承載式車身,比用冷軋鋼板制造的同樣車身輕 200kg,引起全世界的矚目。1994年奧迪開發了第一代AudiA8全鋁空間框架結構(ASF),汽車自身質量減輕了大約40%。去年剛上市的新一代奔馳C級 (詳情 圖片 報價)車上,主架構大量采用鋁合金材料打造,比例差不多達到50%,這也使得新一代C級車相比傳統的鋼架構輕了70千克。
 
  然目前,制約鋁合金在汽車上大量應用的主要原因之一其價格比鋼材的高,有關專家表示除開發低成本的鋁合金和先進的鋁合金成形工藝外,回收再生技術可進一步降低鋁合金的生產成本。此外,擴大鋁合金應用的另一個研究方向是開發新的各種連接技術,今后發展的多材料結構轎車要求連接兩種不同類型的材料(如鑄鐵一鋁、鋼一鋁、鋁一鎂等),對這些連接技術以及對材料和零件防腐蝕的表面處理技術,是今后擴大鋁合金在汽車上應用的重要課題。
 
  與鋁合金一起相運而生的則是鎂合金,不過鎂合金的價格是鋁的3-4倍,發展難度也相對更大。
 
  碳纖維復合材料
 
  碳纖維最早被應用在航空領域,近年逐步被推廣至汽車,然目前多見于超跑。
 
  碳纖(carbon fiber,CF)含碳量﹥95%纖維材料
 
  2013年量產的寶馬i3采用了碳纖維車身和鋁制底盤,寶馬稱該重量較其他相同尺寸的電動車減輕了300千克之多。這款碳纖維材料CFRP(碳纖維增強樹脂基復合材料),名稱較為拗口,其原料是聚丙烯腈,有點像用來制作芭比娃娃頭發的纖維,但實際上比人的頭發纖維細10倍。
 
  昂貴的價格一直讓平民車對其敬而遠之,但事實上,碳纖維材料本身并不昂貴,然而要把碳纖維加工成適合車輛行駛、碰撞的成品才真正是其價值所在。目前,諸多廠商正在加緊研發,促其成本的降低,然這需要一個漫長的過程。
 
  工程塑料
 
  相對于鋁鎂合金,其重量更輕,相對碳纖維,其成本更低;近年隨著其硬度、強度、拉伸性能的不斷提高,安全性得到進一步保證,成為車企在汽車減重方面關注的焦點。據了解,目前世界上不少轎車的塑料用量已經超過120千克/輛,個別車型還要高,德國奔馳高級轎車的塑料使用量已經達到150千克/輛。國內一些轎車的塑料用量也已經達到90千克/輛。
 
  不過材料雖然有很多,諸多整車廠倒出現在無法推廣的原因是:成本和安全性。車企表示,除非是供應商和他們自己有更好的理由和方案,否則技術再先進,材料再好,尤其對于自主品牌來說,用的機會還是很少。此外,雖然塑料的安全性目前已有較大提高,但在關鍵架構方面,得以應用還需要較長時間。
 
  無論是鋁合金、碳纖維還是塑料亦或是高強度高,在未來的發展中都不可能是孤軍奮戰,機械科學研究院資深顧問陳長年表示,材料的混合使用將成為全球汽車業發展的重要趨勢。在歐洲車身會議文獻中,自2006至2011年的72個車身中,有32個鋼車身、2個全鋁車身、38個鋼/鋁/復合材料多種材料混合車身則超過一半。而當中,最為關鍵也較難突破的技術則是可靠、高效的連接。另外一個就是環保與安全如何保證,不過最終決定是否普及的原因則是成本。在此,用近期所舉辦的全球汽車輕量化材料交流會上一位車企負責人所言做個小結,“這個是需要政策的開放、行業的聯盟所共同解決的,孤軍奮戰只會造成新技術的延后……

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