劉智彬

摘 要：對汽車行業(yè)而言，汽車輕量化無論在提高汽車性能、實現(xiàn)汽車節(jié)能減排還是提高汽車安全性方面都起到重要的促進作用。在經(jīng)濟全球化發(fā)展的背景下，面臨著突出的環(huán)保問題和資源緊缺問題，使得綠色節(jié)能是當(dāng)前階段企業(yè)工業(yè)發(fā)展的主要方向。要想實現(xiàn)企業(yè)工業(yè)環(huán)保、節(jié)約目標(biāo)，必須在減少汽車重量的基礎(chǔ)上不影響汽車使用質(zhì)量，汽車輕量化的技術(shù)在當(dāng)前是制約因素很少、具有較高可行性且比較節(jié)約的一種方式，而這一目標(biāo)的實現(xiàn)與新材料的應(yīng)用密不可分。本文首先分析汽車輕量化比較常見的幾種材料，之后分析阻礙我國汽車輕量化新材料應(yīng)用的因素，最后探討新材料在汽車輕量化技術(shù)中的運用策略。

關(guān)鍵詞：新材料 汽車輕量化技術(shù) 運用

Discussion on the Application of New Materials in Automobile Lightweight Technology

Liu Zhibin

Abstract：For the automotive industry， automotive lightweight plays an important role in improving automotive performance， achieving automotive energy saving and emission reduction， or improving automotive safety. In the context of the development of economic globalization， facing outstanding environmental protection and resource shortage problems， green energy conservation is the main direction of enterprise industrial development at the current stage. To achieve the industrial environmental protection and savinge goals of the enterprise， it is necessary to reduce the weight of the car without affecting the quality of the car. The lightweight technology of the car is currently a way with few restrictive factors， high feasibility and relative economy. The realization of this goal is inseparable from the application of new materials. This article first analyzes several common materials for automobile lightweight， then analyzes the factors that hinder the application of new materials for automobile lightweight in China， and finally discusses the application strategies of new materials in automobile lightweight technology.

Key words：new materials， automotive lightweight technology， application

近年來城市化和工業(yè)化進程逐步加快，全球均增強了資源保護和環(huán)境保護意識。世界各國經(jīng)濟快速發(fā)展背景下人們對生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展越來越重視，世界發(fā)展的主題轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)能減排和環(huán)保[1]。企業(yè)工業(yè)作為排放和消耗量較多的產(chǎn)業(yè)，必須減少污染排放和降低燃油消耗，這樣才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。當(dāng)前階段國內(nèi)解決汽車環(huán)保、節(jié)能和安全問題時主要通過發(fā)展發(fā)動機技術(shù)、發(fā)展新能源汽車和實現(xiàn)汽車輕量化三種方式進行。汽車發(fā)展中新能源汽車是主要發(fā)展方向，但在市場接受度、設(shè)施配套建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施配套建設(shè)等影響下整體發(fā)展比較緩慢，因此當(dāng)前背景下汽車工業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的主要途徑之一是汽車輕量化。

1 汽車輕量化較為常見的新材料

1.1 塑料和復(fù)合材料

人們對在汽車輕量化技術(shù)中應(yīng)用塑料和非金屬復(fù)合材料也越來越重視。塑料重量很輕，且不會出現(xiàn)銹蝕或腐蝕等問題，且加工操作簡單，經(jīng)濟實惠?？稍诟鞣N內(nèi)裝件上使用塑料合金、工程塑料等，比如應(yīng)用于汽車頂棚、儀表盤和各種箱體蓋等。技術(shù)逐步發(fā)展成熟也可以在外飾件和結(jié)構(gòu)件等零件上應(yīng)用，塑料材料的應(yīng)用越來越廣泛。

1.2 鎂合金

鎂是輕質(zhì)金屬材料的一種，目前汽車輕量化技術(shù)中鎂合金占據(jù)越來越重要的地位，在該方向的研究中已經(jīng)取得了有效的效果。不僅可于汽車車身和底盤上應(yīng)用鎂合金，而且可在結(jié)構(gòu)件等方面應(yīng)用[2-3]。其中，鑄造鎂合金是鎂合金材料中應(yīng)用較為廣泛的一種材料，如AZ和AM系列。此外，還可將變形鎂合金材料應(yīng)用與其他車身部位，如車身框架和車身組件，減輕車身重量。

1.3 高強度鋼

汽車材料中應(yīng)用得最廣泛的就是鋼鐵材料。其中，汽車輕量化技術(shù)中應(yīng)用超高強度或高強度鋼對減輕汽車質(zhì)量方面都具有重要的促進作用。在汽車車架和汽車負(fù)載部位應(yīng)用高強度鋼板替代鑄鐵和普通鋼，很大程度上減輕了車身質(zhì)量。汽車轉(zhuǎn)向零件等一些對強度要求較高的部件可應(yīng)用高強度鋼，且此類材料也可以應(yīng)用于底盤或車身等，實現(xiàn)輕量化的目標(biāo)。

1.4 鋁合金

近年來汽車輕量化中廣泛應(yīng)用了鋁合金材料，其在輕型車方面的應(yīng)用更為廣泛，且呈逐年增加趨勢[4]。鋁合金是一種質(zhì)量很輕的材料，國內(nèi)輕量化技術(shù)中研究比較深入的就是鋁合金材料，且這一技術(shù)發(fā)展越來越成熟。其中，鑄造鋁合金在底盤和發(fā)動機等零部件上的應(yīng)用比較廣泛，滿足了汽車安全的需要，變形鋁合金則主要應(yīng)用在汽車部位如車身構(gòu)建和車身零件，如車輪、保險杠、車門、發(fā)動機蓋、頂蓋等等。此外，目前人們也加大力度研究鋁合金中粉末冶金鋁合金、超塑性鋁合金等材料，其在輕量化中占據(jù)不可替代的地位。

2 制約我國汽車輕量化新材料應(yīng)用的主要因素

從汽車輕量化材料的應(yīng)用角度分析，其主要考量指標(biāo)是技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性。所以，當(dāng)前階段對我國汽車輕量化新材料應(yīng)用產(chǎn)生阻礙的因素中技術(shù)和成本屬于重點問題，這也是汽車行業(yè)一直以來都面臨的發(fā)展難題。

2.1 技術(shù)問題

汽車輕量化要求材料變薄、變輕，且不可將其整體強度甚至要有所提高，但提高強度后增加了加工難度。比如在提高車用鋼板強度后對沖壓工藝的要求不斷提高，需要通過復(fù)雜的工藝手段來改善了深沖過程中材料出現(xiàn)的起皺和開裂問題，且需要滿足高強度鋼成型回彈大等缺陷[5]?，F(xiàn)如今很多鋼廠也加大了研發(fā)投入力度，但仍然無法克服鋼板強度與沖壓成形困難二者之間的矛盾。此外，雖然我國引進了高強度鋼生產(chǎn)線，但還未建立這一技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對高強度鋼的熱成型缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指導(dǎo)，導(dǎo)致國內(nèi)外熱成型熱沖壓技術(shù)存在較大差距。且無論是合金改良還是制造工藝靈活化等都給鎂合金、鋁合金的應(yīng)用帶來較大的挑戰(zhàn)，批量生產(chǎn)和車身成型技術(shù)以及高速連接技術(shù)也有待關(guān)鍵技術(shù)的突破，例如，鋁合金板材折彎開裂、成形回彈、切邊毛刺難控制等問題。在復(fù)合材料方面，從整體上分析，復(fù)合材料工業(yè)整體處于落后狀態(tài)，日本東麗株式會社等掌握了高端材料的核心技術(shù)，如碳纖維等，而國內(nèi)能夠生產(chǎn)高端碳纖維的企業(yè)很少。目我國汽車輕量化技術(shù)中應(yīng)用新材料時主要受到技術(shù)不足等因素影響，這就導(dǎo)致我國高端鋁和高強鋼等用量與國際先進水平相比還存在一定差距。

2.2 成本問題

除了上述提到的技術(shù)方面因素之外成本問題也是制約新材料在汽車輕量化技術(shù)中運用的主要因素。首先，研發(fā)成本高。企業(yè)研發(fā)新材料不僅需要投入大量的人力和物力，而且需要投入較高的財力，從材料研究分析可知其具有較高的風(fēng)險，周期很長，很難預(yù)測投資回報率。雖然時代發(fā)展背景下汽車企業(yè)和材料企業(yè)一致認(rèn)可輕量化材料的應(yīng)用趨勢，但是僅有少量企業(yè)有實力研發(fā)輕量化新材料[6]。其次，材料成本高。鎂、鋁合金等材料價格較高，與傳統(tǒng)材料如鋼材、鑄鐵相比前者價格更高，這是新材料成本高的主要體現(xiàn);將其與輕量化材料高強鋼比較新材料價格并不存在優(yōu)勢。企業(yè)應(yīng)用這些材料可以減輕1kg的重量，但大大增加了汽車成本。比如在20世紀(jì)90年代時技術(shù)改良后鋁制車身被研發(fā)成功，然而應(yīng)用鋁車身的僅有捷豹路虎與奧迪兩家汽車制造企業(yè)。再者，制造成本高。通過分析鋁合金技術(shù)和工藝流程可知，技術(shù)上要求較高，且工藝復(fù)雜，需要投入較高的生產(chǎn)制造成本。若汽車應(yīng)用鋁合金制造車身覆蓋件，如發(fā)生變形或磨損等問題就面臨全部更換的問題，成本較高[7]。

3 新材料在汽車輕量化技術(shù)上的運用

3.1 合理選擇新材料

新材料的具有不同的性能，因此其實用性和優(yōu)缺點也具有一定的差異，需要工作人員選擇新材料時全面考慮材料的特點，科學(xué)選擇合適的材料。選用材料時首先需要考慮安全問題，確保選用材料可以保證車輛整體的安全和性能，注意選用沖擊性能好且抗碰撞的材料，但要比其他的新材料質(zhì)量更高。雖然目前我國鎂合金方面的技術(shù)研究已經(jīng)很成熟，且其質(zhì)量很輕，但是從力學(xué)方面分析性能較差，且將其應(yīng)用于重點構(gòu)件時并不安全，需要考慮的因素較多，必須選擇合理的新材料。

3.2 創(chuàng)新新材料核心技術(shù)

汽車輕量化中應(yīng)用需要選擇性能符合要求的新材料，加大資金投入研究新材料，全面開展輕量化材料的創(chuàng)新研發(fā)。各高校、科研機構(gòu)、國企等加大合作力度，加大技術(shù)研究，共同建設(shè)實驗室共同進步，將產(chǎn)品和研發(fā)二者高度融合，以此提高效率，使科學(xué)技術(shù)和科研成果變?yōu)楫a(chǎn)品，在改進的過程中逐步得到發(fā)展[8]。鼓勵企業(yè)引進和學(xué)習(xí)新技術(shù)，吸收的基礎(chǔ)上進行合理利用，加大自主研發(fā)新產(chǎn)品力度，強化資金鼓勵和政策支持。

3.3 擴大新材料應(yīng)用規(guī)模

汽車輕量化已是大勢所趨，汽車企業(yè)必須把握這一發(fā)展趨勢致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，找準(zhǔn)自身產(chǎn)品定位，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，刺激消費提升，在市場上占據(jù)更多份額，推動汽車輕量化材料改良的同時實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的目標(biāo)，促進經(jīng)濟朝著規(guī)?；较虬l(fā)展，降低生產(chǎn)成本，擴大市場需求。發(fā)揮技術(shù)創(chuàng)新的作用對材料生產(chǎn)制造成本進行控制，回收并利用可用的材料，實現(xiàn)提高資源利用率的目標(biāo)，促進我國汽車輕量化材料產(chǎn)業(yè)鏈變得更為完善，使我國輕量化材料逐步朝著綠色方向發(fā)展，如此一來也能逐步拓寬下游應(yīng)用市場[9]。鼓勵更多材料企業(yè)投入到汽車輕量化材料的研究中，使產(chǎn)業(yè)鏈得到延伸，逐步完善汽車輕量化相關(guān)的服務(wù)，提高后期服務(wù)和維護能力，為輕量化材料朝著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展起到推動作用。

4 結(jié)束語

應(yīng)用新材料在汽車輕量化的應(yīng)用不僅能有效降低汽車重量，而且實現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，由此可知這一材料在汽車輕量化方面的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。通過分析目前我國汽車輕量化中新材料應(yīng)用存在的問題，為汽車材料工程師在選擇材料時，考慮汽車安全和使用性能提供綜合參考。在此基礎(chǔ)上，加快輕量化新材料的研發(fā)力度并促進其升級，加強核心材料的技術(shù)研究，彌補材料缺陷方面的問題，在降低汽車制造成本的基礎(chǔ)上提高制造工藝的適應(yīng)性，實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，通過降低成本實現(xiàn)汽車輕量化目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝冬寧.新型材料在汽車輕量化中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2016，32（32）：166-166.

[2]郝明.汽車輕量化技術(shù)中新材料的發(fā)展及應(yīng)用研究[J].工程技術(shù)（全文版），2017（2）：280-280.

[3]武萬斌，年雪山.汽車輕量化技術(shù)發(fā)展趨勢[J].汽車工程師，2017（1）：15-17.

[4]孫琦祥.關(guān)于化工新材料應(yīng)用推動汽車輕量化的思考[J].中國化工貿(mào)易，2019，11（4）：244.

[5]郭玉琴，朱新峰，楊艷，等.汽車輕量化材料及制造工藝研究現(xiàn)狀[J].鍛壓技術(shù)，2015，40（3）：1-6.

[6]陳進.汽車輕量化材料及制造工藝研究淺析[J].中國市場，2016（41）：40-42.

[7]孫文明.新材料在汽車輕量化中的應(yīng)用探究[J].今日財富，2019（22）：69-69.

[8]郭韋華.輕量化技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2020，5（3）：127-128.

[9]張志明.關(guān)于化工新材料應(yīng)用推動汽車輕量化的研究[J].百科論壇電子雜志，2019（1）：746-747.