汽車用新材料的研究發展狀況

王世豪 王慶會 王業碩 王鵬飛

摘 要：本文主要介紹了國內外汽車用新材料的發展狀況，而且針對發動機的連桿和輪轂用新材料進行了分析，最后提出了今后汽車用新材料的發展趨勢。

關鍵詞：汽車；連桿；輪轂

1 國外汽車用新材料的發展現狀與趨勢

當前世界汽車材料技術發展的主要特征如下：

（1）輕量化與環保是當今汽車材料發展的主要方向；

（2）盡管近階段鋼鐵材料仍保持主導地位，但各種材料在汽車上的應用比例正在發生變化。主要變化趨勢是高強度鋼和超高強度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復合材料的用量將有較大的增長，鑄鐵和中、低強度鋼的比例將會逐步下降，但載重車的用材變化不如轎車明顯；

（3）輕量化材料技術與汽車產品設計、制造工藝的結合將更為密切，汽車車身結構材料將趨向多材料設計方向；

（4）更重視汽車材料的回收技術；

（5）電動汽車、代用燃料汽車專用材料以及汽車功能材料的開發和應用工作不斷加強。

減輕汽車自身質量是降低汽車排放、提高燃油經濟性的最有效措施之一。世界鋁業協會的報告指出，汽車的自身質量每減少10%，燃油的消耗可降低6～8%，根據最新資料，國外汽車自身質量同過去相比減輕了20～26%。預計在未來的10年內，轎車自身質量還將減輕自重的20%。鋁合金、鎂合金、工程塑料、復合材料和高強度鋼、超高強度鋼等輕量化材料的開發與應用在汽車的輕量化中將發揮重大作用。

近年來，雖然日本汽車工業由于各種原因而陷于持續的不景氣狀況之中，但各汽車廠商從長遠利益出發，仍繼續著各種汽車用新材料及其相關伎術的研究開發，并取得一些進展。總的來看，這一領域研究開發的重點主要集中在三個方面。一是大力開發各類“低公害車”所需材料；二是繼續發展汽車以鋁、塑等代鋼技術；三是提高汽車用材料再生利用率。

1、“低公害車”所需材料的發展狀況

隨著全球環保呼聲日益高漲，電動汽車、甲醇汽車、天然氣汽車等不以汽油為動力源的所謂“低公害車”展現出誘人的發展前景。但是，目前這類汽車離實用化都還相距甚遠。其有待解決的主要問題之一就是所需的各種材料技術尚未過關。在被認為是最理想的“低公害車”的電動汽車的研究中，目前面臨的主要課題仍然是車體的輕量化和蓄電池的高性能化，而這都與材料技術密切相關。在東京電力公司和日產汽車公司分別開發的高性能電動汽車的概念車IZA和FEV，為了減輕車休重量，外板均采用了碳纖維強化塑料，底盤均采用了各種鈦合金材料。然而，這兩種概念車的開發者一致認為，對批量生產而言，采用昂貴的CFRP材料是不現實的。出路在于能多大程度地采用鋁合金材料。比車體輕量化更為重要、也更為復雜的問題是蓄電池的高性能化。在IZA和FEV中采用的是鎳鎘電池，它是已能實用的各種蓄電池中能量密度高的。但因鎘資源很少，故對大批量生產電動汽車并不合適。據日本通產省估計，全球鎘儲藏量僅約97萬噸，只能供制造1000萬輛電動汽車使用。

2、鋁、塑代鋼技術發展狀況

從80年代起，主要為了減輕汽車重量以降低耗油量、節約能源、保護環境，在汽車制造中以鋁、塑代鋼技術開始發展起來，但至今仍未出現成熱的批量生產車型。其重要原因是以鋁、塑代鋼并不僅僅意味著材料的替換，還意味著汽車的設計、加工、裝配各個環節都必須進行大幅度的更動，因而風險很大。目前，除馬自達公司外，日本各大汽車廠商都還只在少量零部件或特殊車種（如運動車）試制中應用鋁、塑代鋼佼術。

3、汽車用材料再生利用發展狀況

為了節省資源、保護環境，日本于1992年10月開始實施“關于促進再生資源利用的法律”。汽車是該法律適用對象之一，要求制造商在設計階段就對再生利用作出評價，并從材料、結構、拆分等各方面進行積極研究。該法實施以來，日本有關汽車用材料再生利用的研究進一步受到重視，取得了一些新進展。豐田、日產、本田等公司均已開始通過各自的銷售網來系統地回收在維修中換下的保險杠，經洗凈、粉碎后，加工成貨物周轉箱（豐田）、通風管迸（日產）、換氣口（本田）等等重新加以利用。為了進一步提高由高級聚丙烯材料制成的保險杠的再生利用率，各汽車公司正在加緊研究能完全消除舊保險杠表面油漆的影響，從而用舊材料制造新保險杠的有關技術，升已取得階段性成果。如日產公司的“有機鹽系溶劑分解、剝離法”、富士重工業公司的“微粉碎法”、豐田公司的“加壓水分解法”等，在不遠的將來，即可望獲得實際應用。

2 國內汽車用材料發展狀況分析

我國汽車材料是伴隨著汽車工業的發展而發展起來的。尤其是在上世紀七十到九十年代我國通過合資的方式引進了國外先進的汽車產品技術，縮短了與發達國家之間的差距。在引進技術的帶動下，九五期間轎車新材料技術開發被列入國家科技攻關計劃，同時在國家863高技術計劃新材料領域的支持下，先后開發出了一批轎車國產化急需的金屬材料和非金屬材料，促進了國產汽車材料的技術進步。但是，同國外相比，我國汽車工業整體技術水平還比較落后，汽車材料領域的差距更大。主要表現為：企業開發能力不足，缺乏創新、競爭能力；技術與管理水平落后，生產規模小，勞動生產率低，產品質量差；產品結構不合理，技術含量低，低檔產品過剩，高端產品依靠進口；汽車行業采用的材料系列與品種繁雜、數量少，使汽車專用材料的產量難以達到經濟規模；汽車材料基礎技術研究薄弱，缺少材料評價技術與體系，材料技術標準混亂，基礎數據貧乏。從總體上看，國內汽車材料領域的現狀還不能滿足我國汽車工業的發展需要。國內汽車工業的迅速發展以及加入WTO，使我國汽車材料領域面臨著前所未有的機遇與挑戰。不僅汽車材料的需求量持續增長（預計從現在起到2020年，年均增長率可達20%以上），而且對材料的品質提出了更高的要求，這為我國汽車材料領域的發展創造了十分有利的條件。