汽車常用材料應用及發展

李娜

摘 要： 針對現代材料在汽車上的應用，分析汽車中各種材料的應用場合和特點，提出了汽車材料要在滿足汽車安全性、功能性的同時，把綠色環保放在首位，各種材料綜合使用，在車身恰當的部位和行駛環境中使用最合適材料的應用觀點。并對我國新能源汽車材料的發展方向進行了預盼。

關鍵詞： 汽車材料;應用;發展

中圖分類號： U465? ? ? ? ?文獻標識碼： A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.026

0 引言

材料是人類生產和生活所必需的物質，在汽車的生產制造和車輛工作行駛時用到的材料統稱為汽車材料，汽車材料可歸納為汽車零部件材料和汽車運行材料兩大類。

1 汽車材料的應用

現代生活對汽車安全性好、舒適性強、自重輕、污染排放低、能耗小、價格低等提出了各種要求，這需要設計者正確合理地選擇汽車的材料。 而各種新材料的應用，也促進了汽車的功能性提高并且使汽車工業得以發展。如按照重量來換算，一輛轎車中的金屬材料占整車重量的65%～80%，其中鋼鐵約占65%，有色金屬約占10%;非金屬材料占到12%～18%;其他如油漆、各種運行材料等占6%～12%。

2 汽車零部件材料

一輛汽車由約3萬個零部件組裝而成，這些零部件又采用了4000余種不同的種類、規格的材料加工制造而成。

2.1 金屬材料

現代工業上金屬和金屬合金分為黑色金屬和有色金屬，我們說的鋼鐵材料就是黑色金屬。汽車零部件材料現在以黑色金屬為主，汽車工業中碳素鋼或鑄鐵多用來制造普通的汽車結構零部件。功能性汽車零部件則采用合金鋼制造，如齒輪、十字軸、汽車縱橫梁等，還有專用的合金彈簧鋼、滾動軸承鋼，及用來制造空氣壓縮機閥片、汽車外裝飾件的不銹鋼，用于發動機進、排氣門的耐熱鋼，耐磨鋼則因為具有高抗磨損能力可用在拖拉機的履帶上等。

有色金屬是黑色金屬以外金屬的統稱。汽車使用的有色金屬主要有鋁、銅及其合金和滑動軸承合金，如鋁合金汽車輪轂和鋁合金發動機缸體、銅合金軸套和襯套、汽車軸承合金制作的軸瓦等。

2.2 汽車非金屬材料

隨著現代材料性能的改良和各種新型材料的不斷出現，在現代汽車制造中非金屬材料的應用比例也在不斷上升。

塑料在汽車上應用在儀表板、座椅、頂棚、門內板、發動機罩蓋內襯等內飾件上，也應用于保險杠、散熱器格柵、翼子板（擋泥板）、燈類等外飾件上，還能用在汽車冷卻風扇、氣門室罩蓋、油箱、水泵等功能件和結構件上。因為橡膠的彈性、熱可塑性、黏著性，還有絕緣性等性能良好，所以汽車上的減振元件、輪胎、墊圈、膠帶、油管、皮碗、電線護套等都是由橡膠制造的。

汽車上常用的玻璃有鋼化玻璃、夾層玻璃以及在其基礎上衍生的其他類型汽車玻璃，如中空玻璃和防彈玻璃等。這些設計，即使玻璃破碎也不會產生尖銳的棱角。在當代汽車制造業中陶瓷和新型復合材料也得到了越來越多的應用，如發動機火花塞和功能陶瓷制造的氧傳感器等由陶瓷制造;碳纖維合成的復合材料，它有良好的過載安全性、減少摩擦和振動，成型工藝簡單等綜合特點，碳纖維陶瓷汽車制動盤和碳纖維汽車輪轂在現代汽車上已經具體應用。

2.3 汽車運行材料

為保證汽車的正常行駛，除了汽車零部件材料外，汽車還需要燃料、機油、齒輪油、制動液、冷卻液等大量的運行材料，以滿足汽車能量的轉換、傳動的潤滑和冷卻、車輛制動等工作過程。

汽油和柴油燃燒時會對環境有污染，但是目前兩者還是現代汽車工作的主要動力來源。此外，還有一些新型燃料，主要包括燃氣、醇醚類燃料、合成油、生物柴油、氫能等。

汽油是點燃式發動機的燃料，車用汽油的主要選用依據是發動機的壓縮比。要注意汽油和柴油不能混用;溶劑汽油不能與車用汽油混用;另外，汽油屬于易燃易爆品，一定要注意安全。柴油是壓燃式發動機的燃料，不同牌號的柴油可以混合使用， 并可根據氣溫的高低酌情調配，但嚴禁向柴油中摻入汽油。

汽車發動機潤滑油使用量大，工作環境嚴格，一般按說明規定選用并要注意定期、定行駛里程或按質換油。汽車的手動變速器、減速器、轉向器等處的齒輪機構，工作時會受到很大的單位壓力，這些位置離不開齒輪油進行潤滑和減摩。潤滑脂俗稱黃油，常溫呈半固體狀態。潤滑脂具有許多優良性能，它是汽車中不可缺少的潤滑材料。

汽車制動液俗稱剎車油，目前主要是合成型制動液，按其基礎液不同，常用的有醇醚型和脂型兩種。汽車防凍液是一種含有特殊添加劑的冷卻液，按防凍劑的不同，可分為酒精型、甘油型、乙二醇型等。汽車擋風玻璃清洗液（俗稱玻璃水）的成分有水、酒精、乙二醇、緩蝕劑等，功能是清潔玻璃，防止結霜，防霧，以及潤滑玻璃。

2.4 其他汽車材料

汽車電工材料可分為絕緣材料、導電材料、半導體材料和磁性材料，主要作用是導電、導磁或絕緣。另外，不少汽車美容與裝飾材料，如汽車清洗劑、車蠟、汽車保護劑、車膜、汽車地膠、車載兒童座椅、汽車外裝飾材料等也更多地出現和應用，以滿足不同的駕駛人群對汽車安全、美觀、娛樂、個性化的追求。

3 汽車材料的發展

隨著汽車工業的發展和人們對生態環境重要性認識的提高，節能減排，綠色環保理念也更多地引入到汽車材料的研究、推廣和應用上。汽車輕量化已在汽車材料的選擇上得到了廣泛的認同，輕量化的概念是指在保證汽車行駛安全的前提下，降低汽車重量同時增加汽車的功能，從而節約能源，減少污染。

在汽車制造中，有色金屬及合金、非金屬和復合材料等新材料將越來越多的代替傳統的黑色金屬。如鋁、鎂、鈦、銅等有色金屬及合金越來越多替代鋼鐵材料用于制造汽車構件，如奧迪推出的一款全鋁汽車，車身采用全鋁空間框架ASF使得車身質量比傳統鋼制車身輕40%以上，比同款大小的車輕150 kg。現代轎車中開始大量應用非金屬材料，工程塑料正廣泛用于汽車保險杠、內外飾覆蓋件及車用安全玻璃等。尼龍材料制成的發動機蓋具有良好的表面，選用有顏色的鑄模成型件，還能節省涂裝，更經濟和環保。用尼龍進氣箱閥替代原來的鋁進氣箱閥，可使生產成本下降30%并減輕50%的質量。

復合材料有質量輕、耐沖擊和異形曲面加工容易等良好性能，或有助于用在汽車車身和其他車用大型結構件的制造上。前面提到的碳纖維材料，同樣體積大小的材料重量不到鋼的30%，且有很好的韌性和抗拉強度。此外，陶瓷和其他高分子材料也都在汽車上得到了一定的應用，如發動機燃燒室零部件適用陶瓷的薄膜噴涂技術處理，提高了隔熱效果，有效減少了散熱，降低燃油消耗，使發動機體積更小，質量更輕。

多種材料的綜合使用將會是汽車材料發展的方向，我們追求的是在滿足汽車安全性、功能性的同時，把綠色環保放在首位，在車身恰當的部位和行駛環境中使用最合適的材料。

4 新能源汽車材料的發展

2018年以來，中國汽車市場由多年的高速增長進入了微增長或負增長階段，而世界汽車制造業也從傳統的機械加工進入智能化、柔性化的改變。所以我國現階段和未來一個時期，已把新能源汽車產業上升為國家戰略。新能源汽車是指除汽油、柴油發動機之外所有其它能源汽車?？梢酝ㄟ^熱能、水能、風能、太陽能等得來的電能是二次能源，清潔環保。以電能為動力的汽車稱為電動汽車，是當今汽車行業的發展方向。

目前全球一半電動汽車都在中國制造，電動汽車的研發，關鍵在于減少二氧化碳排放，創新動力系統的概念設計。除電池重量外，還要考慮降低車身重量，這就需要更好的高性能材料來取代原有舊的材質，使車身和電池單元變得更輕，我國在電動汽車新材料的創新研發方面發揮著帶頭作用。

未來汽車要想在真正意義上超越傳統的能源汽車，就必須以新能源為動力的汽車上所應用的汽車材料為引領，考慮安全性、節能性和通用性，對重要位置的材料進行實用性技術突破。優良特性的合金材料、高性能的電工電子材料、綜合性價比高的非金屬及復合材料、石墨烯和新能源材料等各種新材料將逐步被應用在汽車上，全球汽車材料產業必將經歷一場前所未有的變革。