汽車鋁合金材料的應用與發展

焦登寧 王旭飛 譚飛等

摘 要：為了實現汽車行業的可持續發展，汽車輕量化已成為一種發展趨勢，鋁合金因其優良的性能越來越多的被應用于汽車上，本文通過分析鋁合金材料的特點與性能優勢，闡述了車用鋁合金材料發展歷程與應用，進而總結出我國汽車輕量化進程中所面臨的主要難題，推動汽車輕量化的良好發展。

關鍵詞：輕量化技術;鋁合金;汽車行業

0 引言

隨著中國汽車制造由大到強的轉變，汽車產品低碳化、智能化及信息化發展趨勢已被行業所認可，為了更好的兼顧產品性能和成本的前提下，輕量化技術是汽車工業節能減排重要手段。其旨在保證汽車性能同時不增加或少增加成本的前提下、顯著降低汽車油耗。輕量化的實現主要有三種手段：一是制造上采用輕質材料，二是結構優化設計，三是進行工藝的革新。采用新型材料是汽車輕量化最直接的手段。研究表明：汽車整車重量降低10%，其燃油經濟性可提高6%-10%，汽車重量降低1%，油耗可降低7%。汽車為了更好地朝著高效能、低能耗、低排放方面發展，輕量化技術已成為提高汽車企業核心競爭力的有效措施。而鋁合金的發展在其中扮演著越來越關鍵的作用。

1 鋁合金材料的特點與性能分析

鋁密度小，比強度高，經久耐用，耐腐蝕性好、導熱性好、良好的成形性能及工藝性能且表面美觀，最適合汽車零部件的壓鑄件，且回收利用率高，根據美國鋁業協會報告指出，汽車每使用0.45kg鋁就可減輕車重1kg，理論上鋁制汽車可以比鋼制汽車減重40%左右。據國外經驗1kg鋁能代替2.25kg鑄鐵，所以用鋁材制造汽車零部件對汽車將有顯著的瘦身效果，故鋁合金已成為實現汽車輕量化不可或缺的材料。

2 鋁合金的發展及在汽車上的應用

汽車用鋁的發展大致經歷了三個階段，第一階段主要是“四門兩蓋”的車身階段，車企通過在發動機罩、行李箱蓋、汽車擋泥板、車門等部件采用鋁合金材料以求降低油耗。第二階段主要是“殼式支撐結構”車身階段，其代表是1990年生產的豐田NSX。第三階段是“空間框架結構”車身階段，其代表是奧迪A8、捷豹XFL、特斯拉均采用全鋁車身。

目前鋁合金在汽車上應用的形式：有鑄造鋁合金和變形鋁合金。其主要特點及應用場合如圖表1所示：

3 鋁合金發展面臨的挑戰

雖然鋁合金作為輕量化材料方面有很大的優勢，汽車零部件鋁合金的滲透率也在逐漸加大，但是鋁合金發展同樣面臨挑戰，主要原因如下：

（1）高昂的成本，以前鋁的加工方式是將厚的鋁合金板沖壓成薄板再進行加工，目前采用的是和鋼板沖壓類似的熱沖壓成形技術。這對工藝要求比較嚴格，在加工過程中由于摩擦力作用，截面各處材料流動不均，容易在應力集中地方產生急劇減薄而發生破裂，使工藝變的復雜，努力協調好壓邊力與沖壓力的關系，加上良好的潤滑，是實現鋁合金熱沖壓再次降低材料成本的關鍵。因此這使得全鋁車身的應用只能局限于高端車型而無法向數量龐大的經濟車型拓展，高昂的成本也是導致奧迪A8豪華車型放棄全鋁車身的原因，據奧迪官網聲稱，奧迪計劃于2018年發布的新款A8車型的車身選擇回歸鋼鐵材料，決定40%的車身結構件將使用鋼鐵，這是自奧迪1994年研制A8使用全鋁制白車身后的重大轉變。

（2）鋁合金的性能因素也是制約其發展的重要因素，在某些部件上他仍無法取代鋼材，同時鋁合金的連接技術也制約其發展。

（3）碰撞后的維修問題，鋁合金形變能力差（成塑性差）敲打只會打壞部件，加溫的話又無法保證降溫后的強度，所以基本上說，碰撞變形后，鋁合金部件需要整件替換，十分麻煩，且費用昂貴。

4 結束語

汽車節能減排永遠是汽車發展的永恒話題，圍繞實現制造強國的戰略目標，國家在《中國制造2025》中指出繼續支持汽車產業的發展，努力提升輕量化材料核心技術的工程化和產業化能力，建立從關鍵零部件到整車的完整工業體系和創新體系，推動自主品牌節能與新能源汽車同國際先進水平接軌。相信隨著成本高和連接困難等一系列技術難題的攻克，鋁合金材料會成熟的應用到汽車中去，為輕量化發展做出重要貢獻。

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作者簡介：焦登寧（1992-），男，陜西咸陽人，研究生，研究方向：汽車節能技術。