汽車用新材料的研究發(fā)展?fàn)顩r

王世豪 王慶會 王業(yè)碩 王鵬飛

摘 要：本文主要介紹了國內(nèi)外汽車用新材料的發(fā)展?fàn)顩r，而且針對發(fā)動機(jī)的連桿和輪轂用新材料進(jìn)行了分析，最后提出了今后汽車用新材料的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：汽車；連桿；輪轂

1 國外汽車用新材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

當(dāng)前世界汽車材料技術(shù)發(fā)展的主要特征如下：

（1）輕量化與環(huán)保是當(dāng)今汽車材料發(fā)展的主要方向；

（2）盡管近階段鋼鐵材料仍保持主導(dǎo)地位，但各種材料在汽車上的應(yīng)用比例正在發(fā)生變化。主要變化趨勢是高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料的用量將有較大的增長，鑄鐵和中、低強(qiáng)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(shù)與汽車產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝的結(jié)合將更為密切，汽車車身結(jié)構(gòu)材料將趨向多材料設(shè)計方向；

（4）更重視汽車材料的回收技術(shù)；

（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(fā)和應(yīng)用工作不斷加強(qiáng)。

減輕汽車自身質(zhì)量是降低汽車排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最有效措施之一。世界鋁業(yè)協(xié)會的報告指出，汽車的自身質(zhì)量每減少10%，燃油的消耗可降低6～8%，根據(jù)最新資料，國外汽車自身質(zhì)量同過去相比減輕了20～26%。預(yù)計在未來的10年內(nèi)，轎車自身質(zhì)量還將減輕自重的20%。鋁合金、鎂合金、工程塑料、復(fù)合材料和高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼等輕量化材料的開發(fā)與應(yīng)用在汽車的輕量化中將發(fā)揮重大作用。

近年來，雖然日本汽車工業(yè)由于各種原因而陷于持續(xù)的不景氣狀況之中，但各汽車廠商從長遠(yuǎn)利益出發(fā)，仍繼續(xù)著各種汽車用新材料及其相關(guān)伎術(shù)的研究開發(fā)，并取得一些進(jìn)展。總的來看，這一領(lǐng)域研究開發(fā)的重點主要集中在三個方面。一是大力開發(fā)各類“低公害車”所需材料；二是繼續(xù)發(fā)展汽車以鋁、塑等代鋼技術(shù)；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(fā)展?fàn)顩r

隨著全球環(huán)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(xiàn)出誘人的發(fā)展前景。但是，目前這類汽車離實用化都還相距甚遠(yuǎn)。其有待解決的主要問題之一就是所需的各種材料技術(shù)尚未過關(guān)。在被認(rèn)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(shù)密切相關(guān)。在東京電力公司和日產(chǎn)汽車公司分別開發(fā)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(qiáng)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(fā)者一致認(rèn)為，對批量生產(chǎn)而言，采用昂貴的CFRP材料是不現(xiàn)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(fù)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(chǎn)電動汽車并不合適。據(jù)日本通產(chǎn)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(shù)發(fā)展?fàn)顩r

從80年代起，主要為了減輕汽車重量以降低耗油量、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，在汽車制造中以鋁、塑代鋼技術(shù)開始發(fā)展起來，但至今仍未出現(xiàn)成熱的批量生產(chǎn)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(shè)計、加工、裝配各個環(huán)節(jié)都必須進(jìn)行大幅度的更動，因而風(fēng)險很大。目前，除馬自達(dá)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(yīng)用鋁、塑代鋼佼術(shù)。

3、汽車用材料再生利用發(fā)展?fàn)顩r

為了節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境，日本于1992年10月開始實施“關(guān)于促進(jìn)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(shè)計階段就對再生利用作出評價，并從材料、結(jié)構(gòu)、拆分等各方面進(jìn)行積極研究。該法實施以來，日本有關(guān)汽車用材料再生利用的研究進(jìn)一步受到重視，取得了一些新進(jìn)展。豐田、日產(chǎn)、本田等公司均已開始通過各自的銷售網(wǎng)來系統(tǒng)地回收在維修中換下的保險杠，經(jīng)洗凈、粉碎后，加工成貨物周轉(zhuǎn)箱（豐田）、通風(fēng)管迸（日產(chǎn)）、換氣口（本田）等等重新加以利用。為了進(jìn)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(guān)技術(shù)，升已取得階段性成果。如日產(chǎn)公司的“有機(jī)鹽系溶劑分解、剝離法”、富士重工業(yè)公司的“微粉碎法”、豐田公司的“加壓水分解法”等，在不遠(yuǎn)的將來，即可望獲得實際應(yīng)用。

2 國內(nèi)汽車用材料發(fā)展?fàn)顩r分析

我國汽車材料是伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。尤其是在上世紀(jì)七十到九十年代我國通過合資的方式引進(jìn)了國外先進(jìn)的汽車產(chǎn)品技術(shù)，縮短了與發(fā)達(dá)國家之間的差距。在引進(jìn)技術(shù)的帶動下，九五期間轎車新材料技術(shù)開發(fā)被列入國家科技攻關(guān)計劃，同時在國家863高技術(shù)計劃新材料領(lǐng)域的支持下，先后開發(fā)出了一批轎車國產(chǎn)化急需的金屬材料和非金屬材料，促進(jìn)了國產(chǎn)汽車材料的技術(shù)進(jìn)步。但是，同國外相比，我國汽車工業(yè)整體技術(shù)水平還比較落后，汽車材料領(lǐng)域的差距更大。主要表現(xiàn)為：企業(yè)開發(fā)能力不足，缺乏創(chuàng)新、競爭能力；技術(shù)與管理水平落后，生產(chǎn)規(guī)模小，勞動生產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量差；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，技術(shù)含量低，低檔產(chǎn)品過剩，高端產(chǎn)品依靠進(jìn)口；汽車行業(yè)采用的材料系列與品種繁雜、數(shù)量少，使汽車專用材料的產(chǎn)量難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模；汽車材料基礎(chǔ)技術(shù)研究薄弱，缺少材料評價技術(shù)與體系，材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)混亂，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)貧乏。從總體上看，國內(nèi)汽車材料領(lǐng)域的現(xiàn)狀還不能滿足我國汽車工業(yè)的發(fā)展需要。國內(nèi)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展以及加入WTO，使我國汽車材料領(lǐng)域面臨著前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。不僅汽車材料的需求量持續(xù)增長（預(yù)計從現(xiàn)在起到2020年，年均增長率可達(dá)20%以上），而且對材料的品質(zhì)提出了更高的要求，這為我國汽車材料領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件。