浅谈汽车车身材料的发展趋势

文/江苏 张启森

近年来，人们对汽车车身要求开始提高，车身的轻量化、车主需求的多样化、材料工艺的复杂化、配件性能的高标准化、低碳减排节能化以及材料的供求问题，都致使汽车车身材料发展的形势变得越来越复杂。本文就车身材料的应用现状和发展趋势进行展望，着重阐述了现代车身材料的发展趋势。

一、汽车车身材料的应用现状

由于人们对汽车车身外形、安全性能的要求不同，在燃油经济性和操纵性等方面也各有考虑，所以，汽车车身材料一直在不断的变化。在当今的汽车制造中，车身材料的使用广泛采用金属材料，这类材料具有较好的实用性、工艺性和经济性。汽车车身常用的金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。

1.黑色金属

在大多数汽车中，黑色金属约占汽车车身材料的90%以上，而其他材料不足10%。黑色金属即铁碳合金，根据常见金属材料在车身上的应用场合不同，铁碳合金可分为普通低碳钢板和特殊钢板。

(1)普通低碳钢板

目前，汽车车身生产中，特别是采用冲压生产的车身，其使用最多的是普通低碳钢板。它具有很好的塑性加工性能，其强度和刚度在完全满足汽车车身的性能要求的同时，还能满足车身的焊接要求。

(2)特殊钢板

特殊钢板是随着汽车车身轻量化的要求而逐步研制、应用的。目前，汽车车身已开始使用的有高强度钢板、涂层钢板及焊接钢板等。高强钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到的钢板，这种高强度钢板可以在厚度减薄的情况下，仍保持汽车车身的机械性能要求。

2.有色金属

有色金属主要包括铜及其合金、铝及其合金、镁及其合金等，这也是汽车车身材料的发展所势。

(1) 铜、铝、镁合金在汽车车身中的应用逐年增加，在不久的将来，批量生产的全铝汽车车身将出现，特别是在欧美地区，铝、镁合金在车身材料的构成中将占主导地位。

(2) 新型车身材料如塑料、复合材料在车身上的应用，将随着这些材料成形问题的解决而逐步增大比例。车身材料呈现向更轻质、易成型、低成本、高稳定性发展的趋势。

二、汽车车身材料的发展变化

随着车身材料的发展，车身的材料虽然仍以钢材为主，但材料的性能和比例都发生了改变，安全性、经济性和实用性得到了提高。汽车钢质车身材料比例发展趋势见表1。

表1 钢质车身材料比例发展趋势图

汽车车身材料主要在性能、材料选择、质量上发生了巨大的变化。

1.性能的变化

(1)刚度、强度的提高

现代车身高强度钢、超高强度钢、薄钢板广泛应用于轿车外板、车门、顶盖和行李厢盖等部位，车身的强度、塑性、耐腐蚀性和点焊等性能得到很大提高。

(2)塑性、韧性的增加

车身材料的塑性和韧性非常重要，现代车身材料通常使用增塑剂、回火处理等方式来提高塑性和韧性。同时也会增加Si、Mn、S、Sn等微合金元素在金属材料中的应用，来改善金属的性能。

(3)防腐蚀

钢铁材料具有优秀的强度、刚度、硬度以及加工性，但是钢材的最大的问题就是耐腐蚀性差。铁的氧化和其中碳的含量关系很大，碳会使铁合金内部形成原电池反应，使铁失去电子而氧化。对于钢制车身来说，材料生锈会吸附更多水气而加快其腐蚀，影响到车身整体强度，因此，防腐蚀尤为重要。

2.材料的变化

(1)碳纤维材料

碳纤维在汽车领域主要应用在赛车上，目前跑车级别的车辆也有应用。碳纤维是一种纤维丝状的材料，在制作成型时需要像织布一样纺织成片状，用有机胶浸润成形并固化，制作过程类似于玻璃钢，具有较好的韧性和抗拉强度，且重量只有钢的1/4。不过碳纤维缺乏延展性，在受到超出极限的冲击时，碳纤维结构会如同玻璃一样破碎。而且碳纤维与其它材料的连接也是个问题，使用传统的栓接，连接孔周围很容易产生裂纹，难以维修。

(2)塑料件材料

塑料是以合成树脂为基体，并加入某些添加剂制成的高分子材料。它在一定温度、一定压力下可以塑造成各种形状的部件。塑料件材料密度小，耐腐性能好，在车身上应用较为广泛，目前在内饰件、外装件、结构件等部件中的用量明显增加。

(3)高分子材料

除了以上的材料外，高分子汽车材料、塑料、复合材料、可降解材料也是未来车身材料的发展方向。高分子汽车材料有很多以往传统材料没有的优点，主要表现在重量轻、有良好的外观装饰效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源，可持续利用等各方面。

3.质量的变化

(1)铝合金

随着汽车工业的不断发展，人们对汽车轻量化和环保性的要求越来越高，铝因为具有安全可靠、节能环保、质轻、耐磨、耐腐蚀、弹性好、比刚度和比强度高、抗冲击性能优、加工成型性好和再生性高等特点，成为轻型化汽车的首选材料。铝合金车身汽车也因其节能低耗、安全舒适及相对载重能力强等优点而备受关注。铝的用途比较广泛，在汽车上的使用比例呈逐年递增的趋势。目前，奥迪的几款车型均有使用(图1)。

(2)镁合金

镁合金密度更小，强度大，吸能性好，主要可分为铸造镁合金和变形镁合金。铸造镁合金多用于压铸工艺生产。生产效率高、精度高、铸件表面质量好、铸态组织优良、可生产薄壁及形状复杂的构件。变形镁合金可用挤压、轧制、锻造和冲压等塑性成形方法加工。具有更高的强度、更好的塑性和更多的样式规格。 其质量较轻，是钢的1/5，比强度是铝合金的1.8倍 ，切削性好，易加工。

(3)复合材料

复合材料是由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料，采用人工方法制造组成，性能优于各组分单独存在时的性能，具有密度、强度高，吸能性更好等特点。复合材料的开发是以改善性能、改善加工性、降低成本为目的的，其在未来车身轻量化发展中的地位和作用会越来越明显，目前也已被应用到车身材料中(图2)。

随着车身轻金属、复合材料等车身材料技术的发展，相信未来车身会日渐趋于轻量化、节能化、高标准化，汽车业将达到一个崭新的高度。