鋁合金在汽車工業中的應用現狀及展望

甄 雯

（天津職業技術師范大學,天津 300222）

汽車的尾氣排放也是城市空氣的主要污染源，隨著日趨嚴峻的氣候和能源問題以及汽車保有量的不斷給速增，各個國家都在給汽車制造企業提出更好的要求——降低產品能耗、減少污染、提高燃料的經濟性。而對于我國來說，據統計2012年末全國民用汽車保有量達到12089萬輛，預測在未來6年內年汽車保有量將達到1.5億輛，這個數據顯示節能減排刻不容緩，汽車輕量化亦勢在必行。現如今汽車制造用材料的結構也隨著科學技術的迅猛發展而發生著變化，汽車生產所用的材料向著輕量化、低消耗、高性能等綜合功能的方向發展。輕量化的目的就是使汽車應用高強度和輕質材料的綜合性能，要保證汽車的安全性的同時提高汽車的環保性能，以達到降低污染排放為最終目標。

在車輛運行周期中，汽車自身質量每下降1000kg，就可以減少燃油消耗4800L，降低溫室氣體排放11.2噸。這組數據可以讓我們看到汽車鋁化對未來綠色環保事業的“超能量”。鋁合金以最富于開發和應用潛力的“綠色材料”之名得到了認可。其比強度相似于合金結構鋼甚至某些鋁合金高強度高韌性，其抗拉強度超過600MPa，高于碳素結構鋼。鋁及鋁合金材料具有很多環保性能：密度小可使車體質輕；耐蝕性好可實現無涂裝；美觀耐用容易進行表面處理；易成形可回收再生等。與鋼相比，以鋁代制造汽車可使整車重量減輕30%-40%，制造發動機可減重30%，制造輪轂可減重30%，而用鋁制造散熱器比銅制品輕20%～40%，整車減重可達到50%，其輕量化的效果非常明顯。據統計，整個歐洲的汽車工業在2002年消耗了大約25萬噸用于汽車制造，82.8萬噸用于生產汽車傳動系統、行駛機構和懸掛機構。全世界鋁材消耗量的12%～15%以上用于汽車制造工業，某些經濟發達的國家已超過25%。鋁位居普通汽車中金屬材料消耗量的第三位，僅次于鋼與鑄鐵，而在全鋁車中的用量則攀升到第二位。

目前，鋁合金鑄件是相較鋁合金板材、擠壓型材等應用在汽車中最為顯著、占比最多的形態。但是從應用位置看，鋁合金板材是制造車身的主要材料，是在未來市場中最具潛力和發展的。鋁合金中用于制造汽車車身的材料主要有2000系、5000系、6000系合金，這些鋁合金的沖壓性能已近似于鋼材，某些性能甚至已超過鋼材，完全有“能力”替代鋼材用于制造汽車車身。

汽車保險杠吸收沖撞時的能量，保護汽車內部的安全性，但也增加了整車的重量。一些鋁保險杠的σs和σb都有提高，甚至大大超過了冷軋鋼板，正逐步應用于制造汽車的安全保險和防沖撞系統，以實現汽車輕質的目的。近年，專家們研究的發泡鋁也得到了應用，即利用泡沫金屬鋁制造汽車保險杠，不僅能最大程度地吸收碰撞能量，還擁有隔音、隔熱等性能，使汽車的安全性和舒適性亦得到很大改善。

發動機是一輛汽車的心臟，對材料導熱性，耐蝕性要求較高的發動機的缸體、缸蓋，鋁合金在制造這些零部件擁有著非常突出的優勢。美國通用汽車公司、法國汽車已采用全鋁氣缸套，法國汽車鋁氣缸體達45%，日本日產公司VQ和豐田公司的凌志IMZ2FE V6采用鑄鋁發動機油底殼等，世界各個汽車公司都在高比率、高速率的的應用鋁合金。發動機內部零件采用鋁金屬件是非常符合汽車的發展趨勢，發動機及其零件的鋁化可以減輕重量、減少振動，從而減輕了發動機的工作負荷，降低了燃油耗率，減少故障的出現頻率，延長了發動機的使用壽命。

鋁化率最快的汽車零部件當屬汽車輪轂。鋁合金輪轂不僅散熱好、吸震強、抗蝕性強，其力學性能，如抗沖擊性、彈性、耐熱性都很好，其綜合性能優，能夠有效地提高車輪及輪胎的使用壽命以及轎車的舒適性和安全性。鋁合金輪轂的環保效應也十分顯著：日本某研究機構曾經做過試驗，普通5座轎車的質量每減輕1 kg ，一年約節省20 L 汽油，約可行駛16000m，同時產生50kg的碳排放量。鋁合金輪轂使用很廣，一些國外汽車企業的鋁合金車輪已經達到80%以上的使用率，而我國鋁合金車輪的使用率也已達到50%左右，鋁輪轂正在向由厚變薄、形態由簡單變復雜、重量更輕及安全性更高的方向發展，以適應汽車行業發展的諸多要求。

如壓縮機、冷凝器、散熱器、暖風設備等汽車的冷凝及散熱設備系統，幾乎是全鋁制造。在歐洲汽車空調系統的鋁化率已經高于九成，在美國也達到六、七成，在日本達到二、三成。由于冷卻液、鹽類造成的內部、外部腐蝕而產生的容器壁損壞乃至漏水問題而直接影響其使用性能及使用壽命，這也成為了鋁制冷凝及散熱設備系統的發展瓶頸，目前只有向冷卻水中添加防銹劑、采用表面處理等方法進行簡單處理以彌補不足。

美國資深汽車工程師David Scholes也預言：未來轎車上的每一個零件都有可能用鋁合金生產，10～15年后會有越來越多的鋁合金用于汽車，而且鋁合金制品完全可能比塑料還輕。為了提高鋁合金在汽車上的應用水平，要繼續開發低成本的鋁合金，探索鋁合金成形及加工工藝，不斷提高回收再生技術的應用，降低鋁合金的生產成本，研發不同類型材料連接的技術以滿足今后轎車結構的發展。從而擴寬鋁合金在汽車制造之旅的道路。

汽車工業作為我國的支柱產業之一，未來幾十年都將得到持續高速發展。從舒適、美觀、耐用、輕量化、節能、環保等綜合性能方面來看，鋁合金是汽車制造業高端化和輕量化的首選材料，研制、開發汽車用鋁合金對提升我國汽車產業的國際競爭力具有不容忽視、舉足輕重的作用。

[1]馬鳴圖，易紅亮，路洪洲.論汽車輕量化[J].中國工程科學,2009(05).

[2]王孟君，黃電源，姜海.汽車用鋁合金的研究進展[J].金屬熱處理,2006(09).

[3]王 剛，鋁合金在汽車工業中的應用與發展前景 [J].內蒙古科技與經濟,2008(09).

[4]馮美斌.汽車輕量化技術中新材料的發展及應用[J].汽車工程,2006,(03).

[5]孫丹丹等.鋁合金在汽車中的應用[J].山東內燃機,2003,75(01).

[6]杜明義.用鋁合金材料實現汽車輕量化[J].輕合金加工技術,2007,35(02).

[7]孫丹丹，李文東. 鋁合金在汽車中的應用[ J ].山東內燃機,2003,75(01):34236.

[8]張譯中.國外汽車用非鋼材料的開發與運用[ J ].汽車工藝與材料,2002(10):37238.