郝斌斌

摘要：隨著人們生活水平和品質的不斷提高，汽車功能日益完善，數量也在持續(xù)擴大，但同時也在一定程度上帶來了能源短缺和環(huán)境污染問題。而在汽車輕量化中運用鋁合金復合材料則能發(fā)揮良好的節(jié)能降耗作用。對此，筆者就鋁合金復合材料在汽車輕量化中的運用作了著重分析，以供參考。

關鍵詞：鋁合金復合材料；汽車輕量化；運用

0 引言

汽車輕量化不僅是汽車行業(yè)立足的內在需求，更是持續(xù)發(fā)展的必然選擇，因此當下越來越多的企業(yè)將目光轉移至輕量化研究與創(chuàng)新中，其中鋁合金復合材料因易加工、質量輕、強度高、耐腐蝕等顯著優(yōu)勢已在汽車輕量化中得以廣泛應用，相信隨著科技的不斷發(fā)展，鋁合金復合材料將會有更大的技術進步和應用市場。

1 發(fā)展汽車輕量化的現實意義

汽車的廣泛應用既是現代化物流的重要工具，也是公眾追求高品質生活的一種體現，而且近年來汽車產量和銷量一直在持續(xù)增加，雖然極大的方便了人們出行，推動了社會經濟發(fā)展，但同時也存在一定的負面影響，特別是油耗和環(huán)保問題。而汽車輕量化理念的推廣和實踐，不僅有助于節(jié)約油耗、減少排量、保護環(huán)境，而且對提升汽車行駛性能和安全性能也有所幫助。因為汽車質量與油耗關系密切，若汽車質量降低，在節(jié)約油耗的同時也能減少二氧化碳以及氮化物、硫化物等物質的排放，可見有利于改善環(huán)境質量，而且事實證明，汽車質量的減輕還可以減少汽車加速時間，降低動力及其傳動負荷，在較低的牽引負荷狀態(tài)下汽車能夠展現同樣甚至更好的性能[1]。故輕量化是汽車發(fā)展的必然趨勢和現實選擇。

2 鋁合金復合材料的優(yōu)勢所在

而在汽車輕量化中強調運用鋁合金復合材料，與其自身特點有很大關系。具體而言，鋁合金復合材料是一種生命力強大的材料，不僅密度低、尺寸穩(wěn)定、強度較高，而且耐磨性好、抗斷抗疲勞，還具有良好的塑性與模量等諸多優(yōu)點。其中鍛造鋁合金材料優(yōu)勢更為突出，即表面光、潔熱鍛不氧化，加工余量小、無缺陷，強大的剛度可與合金鋼相媲美等，經高強度熱處理后的鋁鍛件在汽車輕量化中的運用越來越廣泛。如豐田公司曾在發(fā)動機活塞制備中使用鋁合金復合材料，較之鑄鐵活塞不僅質量減輕了5%-10%，還提高了4倍左右的導熱性[2]。雖然如此，但在我國汽車輕量化發(fā)展中，鋁合金復合材料尚未得到有效推廣，畢竟鋁材成本較高，既需要大量的研發(fā)費用和維修成本，在深沖、彈性模量等部分力學性能方面還有待改善，致使其使用效果和應用范圍難以達到預期效果。

3 鋁合金復合材料在汽車輕量化中的運用

3.1 在車身中的運用

在汽車質量中車身質量約占30% ，而且70%左右的油耗是用于承載車身質量的，可見將鋁合金復合材料運用至汽車車身制造中十分必要，或者說勢在必行。如早在90年代初世界第一輛全鋁車身框架轎車-奧迪A8第1代便誕生了，奧迪公司通過采用ASF車身結構，其以鋁板元件為架構支撐，且基于所承擔的任務采用不同形狀和橫截面積的元件，在保證低質量基礎上獲得最佳功能，具體可從車身構造中的A、B、C柱內部發(fā)現，不僅減輕了40%左右的質量，使得油耗和排放得以大幅降低，而且抗扭轉剛度的提高可在一定程度上改變碰撞后的吸能路徑，有助于最大限度的保護乘員，故整車的安全性能得到了明顯改善[3]。發(fā)展至今，奧迪A8整車質量和輕量化結構系數分別達到了250kg和1.5，可以說是汽車輕量化的一大重要成果。

再如Ford·P2000基于沖壓焊接制造的鋁制車身骨架，結合使用現有鋼板加工工藝，使得自車身質量低至135.6kg，整車質量和百公里油耗分別減少了32.8%和22.8%，由此可知，鋁合金復合材料在汽車車身輕量化中的合理運用發(fā)揮了良好的節(jié)能降耗效果，值得進一步研究和推廣。

3.2 在發(fā)動機中的運用

發(fā)動機在汽車質量中的比例約為20-30%，顯然運用鋁合金復合材料意義重大。目前最常見的是缸體缸蓋、活塞、曲軸箱、油底殼以及連桿等部位，在此就活塞和缸體缸蓋作重點分析。隨著汽車制造工藝和性能要求的不斷提高，越來越多的發(fā)動車活塞采用了鑄鋁合金材料，這是因為作往復運動的活塞需要借助減重降低慣性，達到降低曲軸配重提高工作效率的目的，且要求具有小的熱膨脹系數和良好的導熱性，并在350℃環(huán)境下能夠發(fā)揮良好的力學性能，而鑄鋁合金不僅能夠滿足上述要求，而且輕質密度低，有助于減少發(fā)動機噪音和振以及油耗，故得以應用于活塞及連桿中[4]。再者發(fā)動機缸體缸蓋在導熱性、抗腐蝕性等方面對材料的要求極高，故運用性能優(yōu)良的鋁合金復合材料也是必然的，當下很多國外汽車公司紛紛制備了全鋁型缸體缸蓋，如日產VQ、凌志IMZ-FEV6等型號的發(fā)動機油底殼采用的便是鑄造鋁合金復合材料，但從樣本機看，與傳統(tǒng)材料相比其質量降低了20%左右。

3.3 在底盤中的運用

其實在汽車輕量化實踐過程中，底板系統(tǒng)不僅容易實現，而且潛力較大。對于懸掛系統(tǒng)來說，鋁合金復合材料是替代鋼鐵的首選材料，如福特公司經使用鋁合金制動盤取代原鑄鐵盤，雖然成本有所增加，可是降低了2/3的質量，并提高了2倍的使用壽命；Neod Lite 車底盤在運用鋁合金零部件后，使得轉向機殼、萬向節(jié)、下控制臂、轉向軸以及后制動轂等質量均有所降低，顯然符合輕量化要求；此外克爾維特與凱迪拉克等車輛經采用鋁合金復合材料制備的零部件也取得了良好的效果。

3.4 在車輪中的運用

對于汽車車輪質量而言，輪轂質量占到了70%的比例，試驗表明，如果每減輕1kg的輪轂質量，在同樣耗費1L汽油的情況下汽車行使距離可增加800m，或者說在節(jié)約1L油量的情況下，則有2.5kg的碳無法得到排放，所以輪轂輕量化既便于普及，也有著較高的鋁化率和節(jié)能環(huán)保功效。同時運用鋁合金復合材料的輪轂還可發(fā)揮良好的減震、抗腐蝕、散熱作用，且經久耐用、容易制造，對于改善汽車安全性和舒適性意義重大。預計在日后的發(fā)展中，鋁合金輪轂在我國的需求量會飛速增長，故有著廣闊的發(fā)展空間。

3.5 發(fā)展要點分析

由上可知，在汽車輕量化中的運用鋁合金復合材料已經取得了不小的成績，而且隨著鋁合金復合材料種類的豐富、生產工藝的進步和綜合性能的提高，其會展現出越來越大的優(yōu)勢和影響。但縱觀我國市場，其尚未得到有效普及，究其原因與高成本有很大關系。這就要求我們充分認識鋁合金復合材料作為一種相對成熟的輕量化材料，對于實現節(jié)能環(huán)保、提高汽車安全性能有著至關重要的影響，而且鋁資源豐富、供應充足、回收價值率高，完全能夠適應汽車輕量化發(fā)展形勢，因此政府和相關部門應立足長遠視角予以政策鼓勵和科研支持，聯(lián)合汽車行業(yè)成立研發(fā)機構，加快鋁合金復合材料創(chuàng)新和應用，注重新合金、新工藝、高性能研發(fā)，并適當提高鋁合金性價比，以此推動我國鋁合金復合材料能夠順利推廣，更好的運用于汽車輕量化發(fā)展之中。

4 結束語：

總之，無論是站在節(jié)能環(huán)保的視角，還是縱觀汽車行業(yè)的長遠發(fā)展，輕量化已是大勢所趨，不容置疑，而其能否順利達成這一目標的關鍵在于鋁合金復合材料的生產技術。這就要求我們進一步加強材料研究和技術創(chuàng)新，盡快提升鋁合金復合材料工藝技術，以期使其更好的服務于汽車輕量化發(fā)展。

參考文獻：

[1]鐘奇，施 毅，劉博. 鋁合金在汽車輕量化中的應用[J]. 關注，2015，02：23-24.

[2]尚雪梅，任曉莉. 鋁合金材質在汽車輕量化中的應用及其成形技術探析[J]. 科技視界，2014，09：450-451.

[3]王永光. 鋁合金復合材料在汽車輕量化上的應用[J]. 科技創(chuàng)新與應用，2014，13：111-114.

[4]朱則剛. 鋁合金復合材料在汽車輕量化上的應用[J]. 輕金屬，2013，09：11-12.