鋁合金在汽車中的應用與發展

黃言濤 鄧圓宏

摘要：隨著汽車使用率的急劇上升，能源消耗成了一個嚴重的問題，資源越來越少。鑒于輕質鋁合金在汽車制造生產中的工業發展優勢，國內外各個汽車設計制造公司也都紛紛做出了相關的研究與分析。本文主要通過介紹鋁合金在汽車工業中的應用背景，鋁合金的人機工程、機械性能及其工藝性能，鋁合金在汽車應用中的具體案例與應用推測，鋁合金在汽車應用中的發展前景等問題來探究鋁合金在汽車中的相關應用。

關鍵詞：鋁合金；汽車制造；應用前景

引言

鋁合金是輕質金屬材料中的佼佼者，它是將鋁作為基礎元素，以其他元素作為輔助元素混合組成的金屬合金。它具有良好的耐腐蝕性，還具有質量輕、強度較高、比剛度高的優良性能，并且可焊接。鋁合金是結構材料中常用的一種金屬材料，在生活中隨處可見鋁合金的相關產品，它分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。良好的塑性和鑄造性造就了鋁合金高質量、高效率的加工工藝，其在航天、航空、交通運輸、建筑、機電中有著廣泛的應用。然而，隨著人們生活水平的提高，對物質的要求也逐步提高，汽車作為一種普遍與時尚兼具的交通工具，在生活中承擔著重要的角色，因此對汽車的外觀、性能等指標有了更高的要求。鋁合金作為當今輕質金屬的代表和最具有現代感的金屬材料，在汽車制造中的應用有著十分重要的研究意義。

1鋁合金在汽車工業中的應用背景

在這個日新月異的科技時代，科技高速發展的背后卻出現了能源危機，節能成了時代主題。在汽車制造行業中，以“減輕重量，減少耗油量”為競爭手段，輕質金屬的鋁合金便是汽車生產中不可缺少的重要材料。有資料表明，如果用鋁合金取代鋼材料，那么，發動機的質量就可以減輕30%左右，車輪可減輕50%左右，汽車總重量將減輕30%～40%。從實際能源消耗的角度來講，如果一輛汽車的質量減少1千克，那么，每1升汽油就能夠多行駛40米的路程。也就是說，如果一輛汽車的質量減少1%，耗油量就會減少0.6%～1%。早在1896年，國外就有人將鋁合金用于制造汽車曲軸箱中。20世紀早期時，鋁合金就應用于一些豪華汽車和賽車上，如用鋁合金制造汽車的骨架結構等。鋁合金在國外的汽車工業中主要制造裝飾部件、氣缸蓋、油底殼、離合器片、熱交換器、活塞等。在國內，汽車運用鋁合金制造汽車零件也逐漸增多，如上海大眾等，其中國產紅旗牌的應用量最多，約70～100kg。發展至今，汽車中用鋁合金制造的零件越來越多，從先前的鋁合金曲軸箱到現在的氣缸蓋、油底殼、離合器片、熱交換器、活塞等零件都是運用鋁合金材料制造出來的。面對當今快速發展的汽車工業制造，用鋁合金替代鑄鐵制造汽車零件已經成為一種主流趨勢。在法國的汽車行業中，用鋁合金制造汽缸套已達到100%，汽缸體達到45%。基于宏觀的視角，隨著未來科技的發展和技術的革新，在高強度的優質鋁合金材料研發之下，整個汽車行業的工業制造將隨之蒸蒸日上，社會生產力將不斷提升，生產關系將不斷改善，鋁合金材料也將會更為廣泛地應用于汽車制造中，進而促進更高層次的工業發展。

2鋁合金的性能

2.1鋁合金在人機工程方面的性能

人機工程是研究人們在工作和生活環境中的各項心理和生理特征的各種主觀因素，即研究產品與人的各種心理和生理的相互協調，研究人在生活、工作、休息時考慮人們的生活習性、工作效率、人的健康安全和舒適度等等。而鋁合金汽車中的應用正是體現了人機工程的運用，更充分說明了鋁合金具有的優越獨特性能。例如，鋁合金的易加工性不僅節約了零件制造的成本，還大大減少了人力資源；鋁合金優良的塑性在制造座椅時，不僅減輕了汽車質量，還讓人們坐得更為舒適，相對傳統的硬鋼材來說就顯得柔軟了許多等等。因此，鋁合金在汽車制造材料中占有很高的地位，并且鋁合金經過精細處理后會產生特別的效果，無論是其反光度，還是表面材質都有著不一樣的效果。例如，在汽車色彩設計中就巧妙地運用了鋁合金的金屬光澤，容易讓視覺產生沖擊、關注和調動。因為金屬光澤會隨光環境的不同而產生不同的光澤效果。因此，光澤隨不同環境的光特性不斷發生變化。汽車色彩設計大量運用鋁合金的金屬光澤，使之產生流動變化的動態之美：車隨光動，光隨車變，以光澤造就流線之型，以光澤傳遞動感之美。

2.2鋁合金的機械性能

鋁及鋁合金是工業中用量最大的有色金屬。純鋁很軟，加進銅、錳、硅、鎂、鋅等合金元素以后，才能制成強度很高的鋁合金。基于純鋁的特性，加入其他金屬元素后，所得到的鋁合金材料與純鋁相比，可以說是發生了質的蛻變，其強度和硬度都得了大幅度的提高。在此基礎上，還可以將所得到的鋁合金進行熱處理強化，使它的抗拉強度得到進一步的提升。鋁合金的抗拉強度幾乎可以達到低碳鋼的抗拉強度，并且還高于某些合金鋼材料的抗拉強度。鋁和鋁合金有多方面的優良性能，主要是重量輕，比重只有鋼鐵的1/3，但比強度卻很高。汽車用鋁合金制造，可以大大減輕體重，降低汽油耗量，因此在汽車工業中得以廣泛應用。

2.3鋁合金的工藝性能

基于金屬材料的工藝性能，材料經過加工工藝處理才能制成產品，那么，在進行加工工藝處理之前，材料必須適應各種加工工藝處理的能力要求。鋁合金的機械性能與理化性能綜合反映了其工藝性能。鋁合金作為現代輕質金屬材料之一，在擁有較高綜合性能的同時還擁有著良好的加工工藝性能。液態鋁合金具有很好的流動性、填充性，因此具有很好的鑄造性能；變形鋁合金具有很好的塑性變形且不出現裂紋，可進行壓力加工，故具有較好的壓力加工性能。除此之外，鋁合金材料還具有很好的焊接性和切削加工性能。因此，鋁合金的工藝性能促進了鋁合金相關產品的生產效率與能源的利用率。

3鋁合金在汽車中的應用案例

3.1鑄造鋁合金的應用

液態鋁合金因具有優良流動性和填充性，所以廣泛應用于制造成鑄造零件，并且鑄造方法也是十分廣泛的，可根據使用要求、零件形狀、尺寸的精度、零件生產數量等方面綜合選擇最適宜的鑄造方法。例如，砂型鑄造主要運用于結構復雜、體積較大的零件，但制造過程復雜；壓力鑄造法主要運用于較小的零件，過程簡單，產品的成品率也相對較高，非常適合大批量生產汽車零件，所以鑄造鋁合金廣泛運用于汽車制造中。

3.2變形鋁合金的應用

變形鋁合金是經過熱加工變形后得到的，在汽車上主要用于制造汽車車身的主要構架、制動器的保護罩、汽車防抱死制動系統的有關構件、汽車門以及行李箱蓋、車身面板、汽車消聲罩、汽車座位發動機車蓋等結構件。

3.3新型鋁合金在汽車上的應用

新型鋁合金是鋁合金在特殊條件下，通過快速凝固（大約104～109℃/S的凝固速度）而生產出的。因為材料的快速凝固，材料內部的組織就會引起一系列變化，產生出新的特征，如細晶強化現象、鋁合金的固溶度極限提高現象，以及成分的高度均勻、少偏析甚至無偏析現象，形成新的亞穩相等。基于這些特征，汽車行業將快速凝固鋁合金應用于汽車制造中。例如，有關汽車制造公司采用鋁合金制造汽車的空調壓縮機的轉子和葉片，使得轉子和葉片的重量減輕，進而促使整個空調壓縮機的重量減輕了40%左右，從而也減少了汽車的質量，降低了燃油量。除此之外，還有很多新型鋁合金也廣泛應用于其中，如泡沫鋁合金，這種材料的質量更輕，強重比更高，并且具有較強的吸能特點和吸振特性。將泡沫鋁填充于兩個外板之間壓制成像三明治的板材，不僅能夠很好地提高板材的剛度，還能大大提高其保溫能力，在北方的冬天也就起到了很好的保暖作用。并且，這種材料還具有很好的吸能功能，因而其應用在保險杠以及一些支柱零件上，大大提高了汽車的撞擊安全性能。

4鋁合金在汽車應用中的發展前景與推測

4.1鋁合金在汽車應用中的發展前景

美國的相關研究機構曾對1992年、1996年、2000年汽車工業制造中金屬材料的使用情況做了相應的調查與研究。其中，1996～2000年這四年間，鋁合金材料在汽車制造中的使用量猛增，并逐漸取代了鋼材料的使用量。由此可見，鋁合金材料在汽車應用中將變得越來越重要，使用量也將與日俱增，它的發展前景一片光明。

在這個21世紀的全新時代，科技在進步，時代在發展，而能源卻在減少。能源減少問題的出現讓各大汽車制造廠家以“減輕汽車自重、降低耗油量”為產業競爭熱點。盡管在金屬材料界里，鎂合金的密度小于鋁合金的密度，但鎂合金并未像鋁合金一樣廣泛用于我們的生活中，因為鎂錠的成本偏高，且制造技術還有很多的不足。例如，金屬鎂合金還存在缺少高溫壓鑄合金及相關設計數據，表面的處理技術也不夠成熟，金屬的結合水平也相對較低等方面的問題與不足，所以目前鎂合金材料在汽車應用中的使用量非常有限。鈦合金機械強度很高且廣泛應用于航空航天中，但對于制造汽車來說成本太過昂貴，并不能為社會的廣泛生產所用，導致鈦合金無法大量應用到汽車的制造與生產中去。在眾多的金屬里，鋁是地殼中含量最多的金屬元素，并且鋁的合金具有易加工性、機械性能良好、制造成本低、制造技術成熟，還具有可持續發展性，是當今社會最為理想的金屬材料，毋庸置疑，鋁合金是現代及未來汽車工業中首選的輕金屬材料。眾所周知，世界各國都高度重視“環境保護”問題，而鋁合金是除鋼鐵以外回收利用率最高的金屬材料，它的這一特點剛好符合當今社會所倡導的“節能減排，循環利用”的生活理念。鋁合金具有良好的物理和化學性能，促使它成金屬工業生產中的佼佼者。

4.2鋁合金在汽車應用中的推測

在國外，已有人用鋁合金在汽車尾部制造葉輪，在發動機的帶動下葉輪就會高速旋轉產生巨大的動力，加之配合主動車輪的快速轉動從而推動著整個汽車的行駛，其動力更足，速度更快，大大節約了人們的工作時間。鑒于鋁合金有著獨特、強大的性能，我相信它有著無窮的用處，我們可以用鋁合金做旋轉車門并將其做成機翼狀，上凸下平的流線型。當在路上行駛時它就像普通車門一樣使用，要趕時間時我們就可以在汽車高速奔跑時將其車門旋轉到車頂，讓其兩邊車門同時成機翼狀展開，在汽車快速行駛時就會產生很強的氣壓，配合尾部的葉輪就可以讓汽車像飛機一樣在天空中飛行。因為鋁合金的輕質與高強度，我們可以用薄板鋁合金將其焊接成密封的箱體并將其與車身相融合，那么箱體在水中就可以產生很強的浮力，我們的汽車就可以在水中行駛。倘若將以上功能加以合成，我們的汽車就可以在水、陸、空三者中使用，那么堵車現象就會大大減少。除此之外，對于愛好駕車旅游的朋友，我們可以幫他們解決住宿問題，而且還是很安全的住宿。因為我們可以運用鋁合金板對汽車頂部進行加固強化，并且可以在其板料中安裝相應的鋁合金棒，加以運用相應的自動化，到夜晚當人們疲勞了要休息時，就可以按下一個按鍵，板料中的鋁合金棒就會自動支撐起，形成帳篷支架，只要在鋁合金棒上蓋上帳篷布就可以安心休息，這樣就不會再發生人睡在車中因窒息而死亡的事件了，也不用擔心大自然中的蟲、蛇、鼠等動物的威脅。由此可知，研究鋁合金在汽車中的應用是很有意義的。

5結語

鋁合金在汽車中的運用不可估量，它將伴隨著科技的發展逐漸成熟起來，在汽車制造中獨領風騷。鋁合金作為當今新型材料的代表，不僅是一種最為理想的制造材料，還是一種科技的象征，它的出現讓我們的汽車產品擺脫了笨重難看的老式鋼材材料，讓落后老土的汽車從此變得新奇時尚美觀起來。鋁合金是可持續發展的制造材料，它是實現汽車“水、陸、空”三通的重要保障材料，是使汽車三通不再是概念設計的構想，而是將汽車三通應用于實際生活中的制造材料。