田俊 宮藍波

摘要：隨著大眾購車，商旅往來，在汽車船舶，軌道交通，航天航空方面，鋁基合金正迎來一個全新的春天。車輛輕量化鋁基合金更是首當其沖。本文介紹了鋁基合金輕量化的發(fā)展和應用以及技術。在保證強度剛度一定條件下，降低鋁基合金重容比，即提高鋁基合金的輕量化程度。

關鍵詞：鋁基合金；輕量化；汽車

輕量化的概念最先源于賽車。輕量化鋁合金通過減輕重量，可以獲得更好的操控性，起步時加速性能更好。并且降低油耗，有利于節(jié)能環(huán)保。其實不止汽車行業(yè)，還包括軌道交通、航天航空，以及我們日常生活物品的各種便攜性物品也需要輕量化，例如行李箱、三腳架、自行車等等。

1 輕量化鋁基合金的迫切需求

鋁基合金輕量化的提升為何越來越受重視？其實追究到底離不開經濟與環(huán)保。而最突出的就是汽車行業(yè)。

車輛輕量化大大有利于節(jié)能減排，在確保汽車的車身強度與行駛安全性的同時，盡量減少汽車的重量，來提高動力性能，節(jié)省燃油，減少排氣污染。材質輕量化是當前汽車輕量化研究采取的主要手段之一。

鋁合金因其密度較低，具有可以媲美甚至超越優(yōu)質鋼的比強度和比剛度；較好的塑性可以加工成各種型材；較高的耐腐蝕性能可以避免生銹；回收率高，具有卓越的環(huán)保性能；并且鋁基合金在世界上產量最高，在有色金屬陣營中，鋁的產量已經超越了銅、鉛、錫及其他有色金屬的總和，無疑是輕量化研究的重中之重。在新能源電動汽車領域，使用全鋁車身，可以讓汽車減重，提高動力性能，增加了續(xù)航能力，對用戶用車和節(jié)能環(huán)保有重大意義。

2 傳統(tǒng)鋁基合金技術的研究與應用

經濟適用的輕量化鋁合金更多地運用在了汽車方面，所以汽車各公司對于輕量化的研發(fā)從未停止。例如奧迪空間框架結構AUDIASF，它采用了全鋁化車身，集高強度、高剛度、重量小于一體。駕駛員和乘客將得益于這樣車型極高的主動安全性能和動態(tài)操縱性能以及經濟的燃油消耗量。

鑄鐵、鑄鋼和燒結鋼制造的汽車發(fā)動機笨重、油耗高，而鋁合金使其減輕重量30%以上，所以目前國外很多汽車企業(yè)均已采用了全鋁制的發(fā)動機氣缸部件。

鋁合金輪轂因為質量輕、抗腐蝕性強、散熱性良好、回收率高，并具有優(yōu)美的外觀，逐漸取代了鋼質輪轂。車輛載重實驗說明，一輛普通汽車全部將鋼輪轂換成鋁輪轂，可以將整重降低不低于10千克，每年節(jié)省汽油200升。著名Alcoa公司的Mseries鋁輪轂比普通輪轂降低了近一半重量。

鋁合金板材在汽車上的使用量在一直增長。例如經過熱處理的6000系鋁基合金板材是汽車殼體極佳的材料，可用做車身的框架。除此之外，2000系、5000系和7000系鋁基合金也可以作為車身材料鈑金件。近幾年，使用6000系和7000系高強度鋁基合金開發(fā)的車體鈑金件不僅重量輕、強度大、抗裂性能良好，而且成型性好，能夠極好的滿足汽車對殼體的要求，在汽車行業(yè)得到了極其廣泛的應用。

3 新型鋁基合金技術的研發(fā)與應用

當冷卻速度為104～109℃/S時，鋁基合金將發(fā)生一系列組織結構上的新的特征表現(xiàn)。目前這種技術的應用很廣泛，例如Sumitomo電器公司的空調壓縮機的轉子和葉片、雅馬哈汽車制造公司的快速凝固高硅鋁基合金活塞、馬自達汽車公司使用噴射沉積AlSiFeCuMg合金制造出一種新型發(fā)動機轉子。

泡沫鋁合金是鋁合金內添加添加劑，經過發(fā)泡工藝，分散有無數(shù)氣泡的多孔材料，這種材料的質地更輕、強重比更高，可以很好地吸收沖擊力，擁有良好的吸振特性。泡沫鋁“三明治”板材具有重量輕，強度高、保溫性好的特性，用在車身的頂蓋板，可提高輕量化、剛度并且改善保溫性能。除此之外，將泡沫鋁用在縱梁、保險桿等支柱零件上，在輕量化的同時，也提高了撞擊的安全性。

不僅如此，鋁輪轂除了傳統(tǒng)鑄造工藝外，還有半固態(tài)成型技術，這種技術可以提高鋁輪轂的使用壽命，最重要的是可以消除鑄造技術帶來的氣孔等缺陷。而且這種工藝生產技術簡單，成本低。

4 結論

鋁基合金的輕量化研發(fā)更是重中之重，各行各業(yè)的都在努力研發(fā)，尤其是汽車行業(yè)，其具有極高的民生價值與經濟效益。鋁基合金的研發(fā)設計方方面面，不止從鑄型，還有材料本身的結構與成分。其中凝固技術和泡沫鋁以及半固態(tài)成型技術的研發(fā)成效卓越。

鋁基合金在汽車行業(yè)上的應用現(xiàn)在只露出了冰山一角，隨著汽車用鋁量的不斷增加，它的潛能將不斷被挖掘。汽車中的用鋁量最高可達540kg，這可以讓汽車重量減少40%。若按每輛車用鋁每噸4萬元算，預計到2020年，車用鋁基合金的市場規(guī)模將可能超過2500億元。在不久的將來，輕量化鋁合金時代即將全面到來。

致謝：

本文在項目16030501200“研究深海油氣田水下機器人的關鍵技術”，E309031601160題為“16ky0116鎂合金真空吸鑄微觀組織研究”，E308001602042《宮藍波cx1601001研究非晶合金的形成過程和組織缺陷”和a18908160102004題為“田俊cs1601004鋁基合金定向凝固力學性能的研究”的基礎上發(fā)表。很感謝上海工程技術大學的機器人功能材料制備實驗室的設備使用。

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