细论车用铝材发展未来

□文/朱则刚

细论车用铝材发展未来

Discussed in the Future trends of Automotive Aluminum

□文/朱则刚

目前，全世界铝消费量的15%以上用于汽车制造工业，有些工业发达国家甚至已经超过18%，平均每辆汽车用铝140千克。由于汽车制造业的繁荣，正在推动铝消费量的增长。

节能减排促使国内汽车轻量化

汽车用铝的潜力是很大的，美国通用汽车公司计划在未来10年内汽车单位用铝量将比现在增加百分之五十，目前其平均用铝约为131千克。在欧洲，汽车铝制品化的进程也在加快。以北美家庭轿车各种主要材料构成为例，北美家庭轿车用材中钢、塑料、铝的构成分别为54%、8%、8%。尽管钢和铁目前仍为北美轿车生产用的主要金属材料，但是钢和铁的应用呈逐年下降的趋势，而塑料、铝、镁轻金属材料的比重正在逐年增加。在1991年使用高强度铝合金以来，北美汽车制造中铝的用量增加了两倍，运动多用途车、皮卡和微型厢式车呈三倍增长，平均每车用铝达116.1kg，比轿车（平均每车109kg）增长的还要多。我国汽车行业保持每年10%的增长速度，每辆汽车用铝保持115kg不变，到2010年，汽车用铝达到99.6万吨。汽车单车用铝量呈现上升的趋势，每年汽车工业用铝量将随着单车用铝量的上升而增大。

据有关部门测算，一辆车若减重10%，可相对减少6%到8%的燃油消耗，燃油效率提高5.5%。而要给汽车减重就必须大量采用新型材料，在所有的材料中最优良的则是铝。汽车用铝具有明显的减重节能效果，是促进汽车轻量化的重要材料之一。铝代替传统的钢铁制造汽车，可使整车重量减轻30%～40%。制造发动机可减重30%，铝质散热器比相同的铜制品轻20%～40%，轿车铝车身比原钢材制品轻40%以上，汽车铝车轮可减重30%左右。

此外，铝回收简便，是钢铁以外能最大限度回收利用的材料，几乎90%的汽车用铝回收并循环使用。铝具有良好的物理和化学性能，工业生产中的铸、锻、冲工艺均能适用，是少数几种可采用多种铸造工艺生产零件的金属，最适合汽车生产中应用最广的压力铸造工艺。正是由于铝的这些优良性能，加之我国铝资源相对丰富，是仅次于钢铁的结构材料，使铝成为汽车轻量化中经济适用和最有竞争力的材料。

铝工业成为汽车发展最大受益者给业内带来发展机遇

根据Ducker公司的研究结果，到2010年，世界三大主要汽车市场的用铝量平均会达到287kg/辆。目前，北美的汽车平均用铝量居世界之首，欧洲汽车工业用铝量增长最快。为了促进铝的消费，许多国家成立了铝的相关组织，并将汽车用铝的应用写入有关的政策法规。日本铝业协会还专门成立了汽车用铝委员会。随着世界汽车轻量化进程的加快，汽车市场竞争国际化日趋激烈，国产汽车要达到国外同类车水平，汽车用铝增加是必然趋势。今后铝合金的用量将随着各类汽车产量的上升而增加，必将给我国铝工业提供广阔的市场，带来发展机遇。

多年以来，汽车行业一直在汽车的结构设计、材料选用和制造技术等方面开展试验研究工作，开发安全可靠、高速舒适、节能环保型现代汽车，其首要的部题是汽车轻量化。汽车轻量化是实现高速、安全、环保、舒适的最佳途径。铝合金代替传统的钢铁制造汽车，可使整车质量减轻30%～40%，制造发动机可减重30%，制造缸体和缸盖可减重30%～40%，轿车全铝车身比原钢材制品轻40%以上，汽车铝合金车轮减重可达50%左右。汽车轻量化的需求使得铝合金的发展面临一个更广阔的空间，据专家预测，汽车材料铝化率达到60%以上在经济上是可取的。据此推测，未来汽车的铝化极限可达30%～50%或以上。新的汽车铝材开发与应用集中在三个方面，其一，车身、车架全铝化及大型铝合金型材的开发应用。其二，防冲挡及车门刚性结构的全铝化。其三，转动部分零部件的全铝化。

铝在汽车制造中的应用范围正不断地增长

汽车用铝主要是发动机系统、传动系统、底盘行走系统、车身系统和热交换系统等。在西欧、北美和日本，轿车和轻型车的车轮铝化率达80%以上，空调器则完全采用铝材，散热系统的铝化率欧洲达到80%以上，美国达70%以上。目前，我国汽车用铝量相对较低，除热交换材料的研究和应用已取得了较好的成绩，铝化率达到50%左右，其它方面都比较薄弱。为减轻重量，铝在汽车制造中的应用范围正不断地增长。除结构件、行走机构和发动机属件之外，铝在外覆件范围也获得重要的应用。比塑料更具吸能性并同时可再塑特性，这就给予铝在未来提供更加好的机会。即便铝的成本明显高于钢板，而且加工工艺更为复杂，但也阻挡不了这种趋势的发展。

随着技术的发展，在汽车上铝除单独应用之外，还与诸如钢加以复合，制造三层复合feran(铝—钢—铝)，用于消声器设备、热保护装置、气缸盖密封等以及其它保护汽车不受发动机和废气设备热量影响的零部件。铝与优质钢的复合，通过一种控制很精密的辊压方法保持大约30%的变形性能，从而达到可成形性的最高要求。这种材料用在诸如汽车在保持优质钢精美条件下而又要求减重的那些地方。还有一种所谓铝涂覆法，就是对钢件涂敷铝。这是一种最有利于环境保护的选用方法。这种水溶性电镀工艺，是用铝或者铝合金进行表面涂覆。涂层厚在5μ以上，无气隙，具有突出的可成形性，而且提供极端使用条件下最好的防锈保护能力。除此之外，一种面世不久的铝一木质夹层复合板(aluwood)越来越频繁地用到商用车车身上。aluwood，是一种具有可维修性和具良好回收能力的木质芯其两面贴以铝薄板的复合板，最外层是仅0.4mm(包括很薄的涂漆)。这种aluwood以各种不同的厚度供货。aluwood与目前常用的plywood(胶合板)的结构与特性比较，可以看出aluwood较之plywood性能良好。

铝在保险杠上应用在现代汽车上，一系列的结构元件在防撞方面起着关键的作用。其中，首先包括前后保险杠横梁，以及在汽车前部所谓的防撞箱形结构。这些结构件应能在强烈负荷下塑性变形，并由此而吸收能量。重要的是，所需力与经过整个变形行程的能量吸收尽可能平衡。

发动机和驱动机框部件发动机和驱动机框部件要求重量轻，热传导性能好和易于制造，铝合金铸件用于汽缸盖、缸体和进口岐管，变速箱体外壳和离合器罩。

为满足汽车部件的用铝要求开发各种生产方法和工艺技术，例如，重力压铸、低压压铸、挤压压铸和高压压铸，低压压铸生产成本低。未来的挑战是把铝合金应用到那些尚没有采用铝合金的汽车零部件方面去，当然是在成本合理的基础之上，提高劳动生产率和延长模具使用寿命是降低成本的关键，并且高压压铸在更广泛的范围里代替低压压铸。

多种材料车体对于减轻汽车自重降低成本颇具市场潜力。所谓多种材料车体就是采用钢铁、镁合金、铝合金和塑料树脂等材料制成车体，各种材料的成本和性能均满足汽车使用的要求，例如梅塞德斯：奔驰600CL，其采用抗拉强度高的簿钢板做减震器，铝合金簿板用作内装板，铝挤压型材用于发动机，铝压铸件用于汽车后部分，镁压铸件用于车门内衬，纤维增加塑料用于车顶蓬。多种材料车体对于减轻汽车自重降低成本颇具市场潜力。

锻造铝合金用于连接梁，铝合金铸件用于车轮，最近宝马 S系列采用铝合金材料用于悬臂件，尼桑Cedric和Gloria轿车的铝悬臂连接件均用半固态成型工艺技术生产，梅塞德斯·奔驰S车型的分框架是采用真空压铸工艺技术生产的铝合金铸件。将来采用半液态或半固态成型工艺技术的铝合金铸件会取代铝合金锻体，真空压铸工艺技术生产一体化的大型簿壁件会降低生产成本和减轻车体重量，改善汽车稳定性。其他汽车部件7000系列铝合金挤压材主要用于减震器和门撑条，过去一些豪华型轿车是采用钢管来制作，要求高抗拉强度，在780MPa～1480MPa之间。

汽车用铸造铝合金以Ai-Si系合金为主，所用铝铸件多采用压力铸造、低压铸造和金属型重力铸造工艺生产，其中压铸件占70%以上。当今世界轿车和轻型车几乎都装用铝合金缸盖和进气管。20世纪80年代末，美国10%的轿车发动机缸盖采用铝铸件。至21世纪初，北美轿车市场上铝质发动机占有率几乎接近100%，铝合金缸盖和进气管，一般采用金属型重力铸造和低压铸造；发动机活塞为金属型重力铸造产品，采用共晶或过共晶铝－硅合金。目前，轿车发动机缸体多用压铸工艺生产，镶铸缸套，一般用共晶或亚共晶铝－硅合金，该合金耐磨和耐热性能好，但铸造性能较差，机加工性能不如亚共晶铝－硅合金和铸铁，目前各公司均在研制开发和应用低硅和中硅的铝合金。

传动系统、底盘行走系统、发动机和薄壁壳体件多用压铸工艺生产，为获得好的铸造工艺性能，一般选Ai-Si合金。铸造铝合金车轮采用低压铸造和挤压铸造工艺生产，选用Ai-Si合金。

变形铝合金材料主要用在汽车的散热系统、车身、底盘等部位上，汽车水箱、汽车空调器的蒸发器和冷凝器等主要是用复合带箔材及管材；车身顶板、车身侧板、挡泥板、地板，以及底盘等则是多用板材、挤压型材。日本近年来，由于汽车散热系统、车身铝合金化进程的加快，使汽车用变形铝合金材料也迅速增长。美国汽车工业用变形铝合金占该国汽车用铝量的1/3左右。

中国汽车铝材需求及用铝前景

为了获得大的生产批量，提高生产效率，降低制造成本，目前，汽车工业选用铸造工艺生产铝合金零件较多，汽车用铝约3/4为铸造铝合金。据统计，近20年来，全球铝铸件的总产量平均每年以约3%的速度递增，而总产量中的60%～70%用于汽车制造。据预测，世界轿车铝铸件平均用量到135kg，增长94%。

目前，我国汽车铝铸件的年需求量为15万吨至18万吨，并正以每年1.5万吨至1.8万吨的速度递增。随着轿车发动机铝材化和铝车轮装车率上升，部分引进轿车铝铸件转入国内生产，我国汽车铸件的需求量将不断增加，汽车铝铸件市场的增长空间巨大。轿车车身用铝是业内关注的问题，资料介绍，采用210kg的铝车身比相应的钢车身轻40%左右，在不改变汽车容积下，提高车速，增大乘坐空间，使汽车行使平稳，安全舒适。吉利汽车在国家提出节约型社会的前提下，在发动机总成上，已经大量使用铸铝件（进气歧管，缸体和缸盖等），吉利在整车上，车轮也已经大量使用铝质产品，还包括热交换器（散热器和冷凝器）。

汽车工业要推进汽车扩大用铝，加强与铝工业的紧密合作，开发节能降耗环保型现代汽车，使国产汽车用铝达到世界先进水平，进一步促进我国铝工业的发展，让中国汽车工业和中国铝工业共同迈进世界先进行列。中国汽车工业在铝材方面的应用还落后于发达国家水平，中国汽车用铝还有很大的发展空间。未来我国汽车工业的高速发展为铝业的发展和技术进步提供了良好的发展机遇。同时铝业的发展和技术进步也必将推动汽车产业的发展。