新型材料在汽車設計中的應用探討

羅富娟

摘 要：在低碳經濟時代背景下，節能減排成為我國經濟發展的核心內容之一。為了實現可持續發展，輕量化設計成為汽車行業發展的主要潮流。汽車輕量化設計可從結構輕量化、材料輕量化和工藝輕量化三個維度進行研究，通過材料輕量化能夠降低車身、發動機和底盤三大結構部件的重量，從而實現汽車輕量化設計的目標。文章主要對金屬材料、非金屬材料等在汽車設計中的應用進行分析，為促進汽車行業的低碳發展提供參考。

關鍵詞：汽車設計;新型材料;輕量化;性能

隨著我國經濟的快速發展，人均汽車保有量不斷增加，同時對環境的污染也能源的浪費也顯著增加。為了促進汽車產業的長久健康發展，需要加強對汽車的節能減排設計，通過一系列的技術手段減少汽車污染物的排放和能源的浪費。輕量化設計成為汽車產業實現低碳發展的重要途徑之一，在保證汽車強度和安全性能的前提下，通過技術優化等方式降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性能，減少燃料的消耗，降低汽車尾氣對環境的污染。新型材料的應用能夠顯著降低汽車的整備質量，進而減少能源的消耗。

1有色金屬材料在汽車設計中的應用

金屬材料是汽車設計制造中使用量最大的一種材料，主要用于車身骨架、覆蓋板、保險杠、發動機、汽車底盤等部件中，約占整個汽車重量65～80%。在汽車制造中最常使用的金屬材料有鋼鐵、鋁合金、鎂合金和鈦合金，因為鋼鐵的力學性能較好，且有穩定的化學性能，易于加工制造，成本較低，所以鋼鐵是汽車生產制造中使用時間最長的材料。隨著汽車輕量化設計理念的提出，各種新型材料開始應用于汽車設計中，為促進汽車制造產業的創新發展注入動力。下面對幾種較為常見的新型材料在汽車設計中的應用進行分析，有利于促進汽車制造材料的創新研發。

1.1鋁合金的應用

鋁合金的物理性能和化學性能都較為優越，硬度高、密度低，比熱容高，質量輕，所以在汽車設計中應用的較為廣泛。鋁合金在汽車設計中主要應用于發動機、車身、輪轂以及一些周邊產品。應用鋁合金可大大降低車身的重量，進而提高燃油效率，對于鋼體汽車而言，相同的燃油量，鋁合金汽車行駛的里程會更遠，有效提升汽車的運輸效率，降低運輸成本。應用鋁合金還會減少汽車制造工序，有效提升裝配效率。因為鋁合金汽車的整體構架焊點較少，只有25～35%的部件需要點焊，且無需進行防銹處理，所以在制造工序方面會顯著提升生產效率。雖然使用鋁合金會降低汽車的重量，但是卻不會影響車輛的安全性，車身的重心會有所減低，所以車輛在行駛時會更加穩定和舒適。由于鋁合金材料的性能以及車身的構造較好，在發生碰撞時可以充分吸收撞擊時的能量，所以安全性能會得到進一步的提升。鋁合金材料熔點低，便于重熔回收，所以對于使用鋁合金的零部件回收利用率較高，有利于實現汽車制造的節能降耗[1]。

1.2鎂合金的應用

鎂合金自身的性能較為優越，具有密度小，強度高，彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力大，耐有機物和堿的腐蝕性能好等優點，所以在汽車輕量化設計以及環保化需求的背景下，鎂合金在汽車設計中應用越來越廣泛。相對于其他較為常用的新型材料而言，鎂合金的減重效果是相對較好的一種。鎂合金的比強度要優于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相差不多，卻遠高于工程塑料，相對于鋁合金而言，鎂合金的減重效果要更好，所以油耗自然也會降低更多。經過壓鑄的鎂合金支架能夠將多個需要焊接的鋼制結構整合為一個整體的鑄件，所以可能只有同樣的鋼制零件重量的一半左右。鎂合金應用于汽車的前端支架，可有效平衡車身的重心，能夠顯著提升汽車操控性。

2非金屬材料在汽車設計中的應用

2.1工程塑料的應用

工程塑料在汽車設計中的應用，可以取代傳統金屬材料的高成本性，降低了汽車制造成本。工程塑料在汽車內飾中的應用，有效提升了造型的美觀性和靈活性，這與汽車行業向輕量化、節能、美觀、安全、環保方向發展達到了有效的契合。隨著汽車行業以及塑料制造工藝的改進，工程塑料在汽車設計中的應用逐漸開始從內飾向結構件、功能件等方向發展，這就對工程塑料的強度、沖擊性能有了更高的要求。在工程塑料成型技術方面，材料的成型流動性越好，越能夠滿足制品復雜結構和薄壁化的要求，可有效縮短成型周期，成型質量較高，生產成本低。

2.2碳纖維材料的應用

碳纖維又稱為碳化纖維，是由碳纖維多層復合而成的新型環保材料。碳纖維的重量輕、強度高，耐高溫和耐腐蝕性，所以是汽車輕量化設計的重要材料之一。由于碳纖維質輕且堅固，所以在汽車設計中應用，可有效實現輕量化設計的目的，可起到顯著的節能和加速作用，汽車的制動性能也會顯著提升。汽車重量的降低使得整車的重心下移，車輛操縱的穩定性也會進一步提升。因為碳纖維材料的剛性強度較大，耐磨和耐高溫性能強，所以在汽車設計中應用可有效延長零部件的使用壽命。但是由于碳纖維材料大部分都是通過手工制造而成的，所以會大大增加成本，目前在賽車中應用較為廣泛。隨著碳纖維成本的降低，在其他車輛零部件設計中應用的范圍會越來越大，對推動我國汽車輕量化設計具有重要意義。

3汽車新型材料的發展

除了上文中提及的金屬材料、非金屬材料之中的幾種外，還有高強度鋼、復合材料、泡沫材料、稀土材料等等。這些新型材料在汽車設計中的應用，共同目的都是減輕了汽車的整體重量，改善了汽車的運行性能，降低了汽車生產成本和能源消耗，減少了對環境的污染，這也是汽車設計未來發展的主要趨勢。隨著科學技術的不斷發展，還會有更多的新型材料應用于汽車零部件以及結構設計中，在生產工藝和制造成本方面不斷改善，對于促進我國汽車產生的可持續發展具有重要意義。

4結語

隨著城市化和工業化進程的快速發展，對能源的消耗和對環境的污染日益增加，為了促進經濟的可持續發展，低碳節能成為全球經濟發展的重要戰略部署。汽車行業作為工業產業的重要組成部分，需要改善在能源消耗和環境污染方面的問題。通過新型材料在汽車設計中的應用，能夠直接降低汽車整備質量，進而減少能源的消耗，降低對環境的污染，同時還能夠提升汽車運行性能和舒適性。新型材料在汽車設計中的應用已經成為全球汽車未來發展的主要趨勢，通過技術改進和工藝優化，還能夠進一步促進新型材料在汽車設計中應用的效率，為促進汽車產業的可持續發展奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1]王勝永，趙紅，張向鋒，肖志玲，張德海，宋學謙，李育文，董焱章.泡沫鋁用于新能源汽車吸能盒的性能分析[J].河南科技，2021，40（21）：30-33.

[2]孟令建，曹洲，王俊嬌，宋鵬成.一種新型復合材料板簧的開發與應用[J].汽車實用技術，2021，46（13）：72-74+93.