試論鋁合金材料在未來汽車輕量化中的應用與發展

高永迪

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

隨著經濟的發展和技術的進步，世界汽車保有量在不斷增加，給人們的生活和工作帶來了諸多便利。但隨著能源短缺問題的日益加劇，人們對汽車提出了新的要求。目前來看，汽車行業正在向輕型、節能、低碳、舒適等方向發展，不僅要提升汽車的質量，還要控制汽車生產的成本。為了滿足節能環保的要求，汽車開始向輕量化的方向發展，以此降低汽車油耗，提升燃油的效率，滿足節能環保的要求。而在輕量化發展的過程中，可以使用鋁合金材料，其具有比重小、耐蝕性好、導熱性好、容易加工等特點，可以滿足汽車輕量化發展的要求。

1 汽車輕量化概述和鋁合金特點

（1）汽車輕量化。所謂汽車輕量化，就是在確保汽車性能、強度、安全性的基礎上，降低汽車的總體質量，以此提升汽車燃料的使用效率，使汽車獲得更大的動力，同時減少燃料的消耗，使排氣污染問題得到緩解。汽車輕量化應該以保障汽車性能穩定提升為基礎，對各個部件采用節能化的設計方式，并且不斷完善。汽車輕量化集成了設計、材料、加工工藝等多個方面的技術優勢，可以提升汽車性能、優化汽車結構、降低汽車重量、控制汽車成本，這是一個系統化的工程，可以促進汽車行業的整體發展和進步。汽車輕量化的方法有很多，主要包括：車身結構優化、增加材料利用率、完善制造工藝等等[1]。例如，采用激光焊接、研發新材料等等。在各類材料中，鋁合金是比較理想的輕量化應用材料，能夠滿足汽車輕量化的發展需求。

（2）鋁合金特點。鋁合金具有很多特點，主要包括：比重小、耐蝕性好、導熱性好、比強高、便于加工、成本低6個方面。在比重方面，鋁的密度只有2.7g/cm3，僅僅是鐵密度的1/3，是一種輕質金屬。大部分鋁制品的質量都比較輕，比較容易搬運；在耐蝕性方面，鋁的表面很容易形成氧化膜，且氧化膜具有緊密、穩定的特點，具有良好的抗氧化能力，所以相較于鋼制車輛，鋁制車輛的抗腐蝕性能較好，尤其對于車體中某些不宜涂覆防腐材料的部位來說，鋁合金材料是最佳的選擇[2]。不僅可以提升車輛的美觀性，還能延長車輛使用壽命，使車輛的舒適度更高；在導熱性方面，鋁具有較高的導熱性能，是鐵的3倍，也有很高的熱交換性能，適用于熱交換期、散熱器等設備；在強度方面，鋁的力學性能雖然弱于鋼，但強度卻高于鋼。可以適當在鋁中添加其它金屬材料制作鋁合金，經過熱處理之后，強度可以進一步提升；在材料加工方面，鋁的熔點較低，有較好的流動性，可以制作形狀復雜的零件；在成本方面，鋁可以回收使用。目前，大部分國家采用的汽車鋁合金材料都是再生鋁，在總材料中所占比例已經超過60%。回收生產可以節約95%的能耗，充分滿足了節約能源的要求。汽車工業加工中如果使用鋁合金材料，可以節約工裝設備的投入。不僅如此，鋁制車身框架主要采用鋁擠壓型材，焊點也相對較少，從而簡化了加工工序，使裝配效率有所提升。

2 鋁合金材料在汽車工業中的應用

（1）車身。在整個車輛之中，車身所占質量為30%，在車身質量上消耗的油量占70%，可見實現車身輕量化可以在很大程度上節省汽車燃料。所以，在汽車制造的過程中，可以使用鋁合金材料制作車身。例如，奧迪汽車早在1980年就已經開始使用鋁合金車門，隨著技術的優化，鋁合金材料的應用范圍也在不斷擴大，到了1994年之后，奧迪推出了兩款全鋁轎車，分別是A8和A2，與傳統汽車相比，這兩款汽車的車身質量有了明顯的減輕，約下降了40%。

A2總車質量不超過900kg，年產5萬輛，是世界上首款批量生產的全鋁轎車；A8也獲得了很高的評價，被譽為全世界重要科技成果。其后，越來越多的汽車企業開始開發和使用鋁合金材料，全世界多家機構聯手推出“超輕汽車項目”，其中包括保時捷、大眾、雷諾等汽車制造商，其對輕量化材料進行全面深入的研究，采用了多重材料連接制造的技術，參考了大眾第五代高爾夫的車型，制造了混合多種材料的輕質量車身，車身凈重180kg，與原本的高爾夫車身相比，質量大幅度下降，有101kg之多。可見，鋁合金材料的應用，可以有效降低車身的質量，且在車型相同的情況下，應用鋁合金材料也可以在一定能夠程度上提升車身的抗碰撞性。

（2）底盤。在汽車輕量化發展的過程中，底盤具有較大的優化潛力，比較容易實現輕量化的目標。在懸掛系統之中，鋁合金已經成為比較常用的材料。例如，凱迪拉克公司的懸掛系統就采用了鋁合金材料制作的部件；福特公司也應用鋁合金材料制作了動盤，相較于鐵質動盤，鋁合金動盤的重量下降了2/3。盡管成本稍有提升，但使用壽命延長了2倍，總體性價比變高；克萊斯勒公司生產的NeodLite就采用了鋁合金零件組裝而成的汽車底盤，有效降低了轉向機萬向節的質量，約比原本的質量少了3kg，下控制臂和轉向機殼的質量也有所下降，分別降低了2.6kg和1.36kg。可見，在底盤制造的過程中應用鋁合金材料可以滿足輕量化的要求，還能提升部件的使用壽命。

（3）發動機。目前來看，已經有很多汽車公司采用鋁合金發動機部件，包括活塞、散熱器、連桿、油底殼等部件。活塞來說，大部分轎車都已經開始使用鋁合金活塞，通過減輕活塞重量，可以降低活塞慣性和曲軸配重，能夠提升活塞的使用效率，且鋁合金的導熱性能好、膨脹系數小，即使在350℃的條件下工作，也能保持較好的力學性能[3]。不僅如此，采用鋁合金材料制作的部件，在減輕質量的同時，也能減少震動、噪音、油耗等問題，可以提升汽車整體的舒適度。

（4）車輪。在整個汽車中，輪轂質量占總體質量的70%。也就是說，降低輪轂重量，可以實現車輛總體重量的降低。在汽車工業中，鋁合金輪轂比較容易制造且具有較好的環保性能。如果可以減輕1kg的輪轂質量，那么1L汽油就可以讓汽車多行駛800m，且減少汽油的使用就可以降低碳排放量，能夠滿足節能環保的要求。不僅如此，鋁合金輪轂還具有較好的抗腐蝕性能、減震性能、耐久性能等等。

3 結語

綜上所述，隨著經濟的進步和發展，我國環境、能源等問題日益突出。在這種情況下，汽車行業應該向輕量化的方向發展，圍繞著節能環保的要求展開技術優化和完善，采用鋁合金材料來降低車輛的總體質量，從而降低汽車油耗，減少碳排放量，同時提升汽車的抗腐蝕、減震、耐久等性能。