铝合金复合材料在汽车轻量化中的运用分析

郝斌斌

摘要：随着人们生活水平和品质的不断提高，汽车功能日益完善，数量也在持续扩大，但同时也在一定程度上带来了能源短缺和环境污染问题。而在汽车轻量化中运用铝合金复合材料则能发挥良好的节能降耗作用。对此，笔者就铝合金复合材料在汽车轻量化中的运用作了着重分析，以供参考。

关键词：铝合金复合材料；汽车轻量化；运用

0 引言

汽车轻量化不仅是汽车行业立足的内在需求，更是持续发展的必然选择，因此当下越来越多的企业将目光转移至轻量化研究与创新中，其中铝合金复合材料因易加工、质量轻、强度高、耐腐蚀等显著优势已在汽车轻量化中得以广泛应用，相信随着科技的不断发展，铝合金复合材料将会有更大的技术进步和应用市场。

1 发展汽车轻量化的现实意义

汽车的广泛应用既是现代化物流的重要工具，也是公众追求高品质生活的一种体现，而且近年来汽车产量和销量一直在持续增加，虽然极大的方便了人们出行，推动了社会经济发展，但同时也存在一定的负面影响，特别是油耗和环保问题。而汽车轻量化理念的推广和实践，不仅有助于节约油耗、减少排量、保护环境，而且对提升汽车行驶性能和安全性能也有所帮助。因为汽车质量与油耗关系密切，若汽车质量降低，在节约油耗的同时也能减少二氧化碳以及氮化物、硫化物等物质的排放，可见有利于改善环境质量，而且事实证明，汽车质量的减轻还可以减少汽车加速时间，降低动力及其传动负荷，在较低的牵引负荷状态下汽车能够展现同样甚至更好的性能[1]。故轻量化是汽车发展的必然趋势和现实选择。

2 铝合金复合材料的优势所在

而在汽车轻量化中强调运用铝合金复合材料，与其自身特点有很大关系。具体而言，铝合金复合材料是一种生命力强大的材料，不仅密度低、尺寸稳定、强度较高，而且耐磨性好、抗断抗疲劳，还具有良好的塑性与模量等诸多优点。其中锻造铝合金材料优势更为突出，即表面光、洁热锻不氧化，加工余量小、无缺陷，强大的刚度可与合金钢相媲美等，经高强度热处理后的铝锻件在汽车轻量化中的运用越来越广泛。如丰田公司曾在发动机活塞制备中使用铝合金复合材料，较之铸铁活塞不仅质量减轻了5%-10%，还提高了4倍左右的导热性[2]。虽然如此，但在我国汽车轻量化发展中，铝合金复合材料尚未得到有效推广，毕竟铝材成本较高，既需要大量的研发费用和维修成本，在深冲、弹性模量等部分力学性能方面还有待改善，致使其使用效果和应用范围难以达到预期效果。

3 铝合金复合材料在汽车轻量化中的运用

3.1 在车身中的运用

在汽车质量中车身质量约占30% ，而且70%左右的油耗是用于承载车身质量的，可见将铝合金复合材料运用至汽车车身制造中十分必要，或者说势在必行。如早在90年代初世界第一辆全铝车身框架轿车-奥迪A8第1代便诞生了，奥迪公司通过采用ASF车身结构，其以铝板元件为架构支撑，且基于所承担的任务采用不同形状和横截面积的元件，在保证低质量基础上获得最佳功能，具体可从车身构造中的A、B、C柱内部发现，不仅减轻了40%左右的质量，使得油耗和排放得以大幅降低，而且抗扭转刚度的提高可在一定程度上改变碰撞后的吸能路径，有助于最大限度的保护乘员，故整车的安全性能得到了明显改善[3]。发展至今，奥迪A8整车质量和轻量化结构系数分别达到了250kg和1.5，可以说是汽车轻量化的一大重要成果。

再如Ford·P2000基于冲压焊接制造的铝制车身骨架，结合使用现有钢板加工工艺，使得自车身质量低至135.6kg，整车质量和百公里油耗分别减少了32.8%和22.8%，由此可知，铝合金复合材料在汽车车身轻量化中的合理运用发挥了良好的节能降耗效果，值得进一步研究和推广。

3.2 在发动机中的运用

发动机在汽车质量中的比例约为20-30%，显然运用铝合金复合材料意义重大。目前最常见的是缸体缸盖、活塞、曲轴箱、油底壳以及连杆等部位，在此就活塞和缸体缸盖作重点分析。随着汽车制造工艺和性能要求的不断提高，越来越多的发动车活塞采用了铸铝合金材料，这是因为作往复运动的活塞需要借助减重降低惯性，达到降低曲轴配重提高工作效率的目的，且要求具有小的热膨胀系数和良好的导热性，并在350℃环境下能够发挥良好的力学性能，而铸铝合金不仅能够满足上述要求，而且轻质密度低，有助于减少发动机噪音和振以及油耗，故得以应用于活塞及连杆中[4]。再者发动机缸体缸盖在导热性、抗腐蚀性等方面对材料的要求极高，故运用性能优良的铝合金复合材料也是必然的，当下很多国外汽车公司纷纷制备了全铝型缸体缸盖，如日产VQ、凌志IMZ-FEV6等型号的发动机油底壳采用的便是铸造铝合金复合材料，但从样本机看，与传统材料相比其质量降低了20%左右。

3.3 在底盘中的运用

其实在汽车轻量化实践过程中，底板系统不仅容易实现，而且潜力较大。对于悬挂系统来说，铝合金复合材料是替代钢铁的首选材料，如福特公司经使用铝合金制动盘取代原铸铁盘，虽然成本有所增加，可是降低了2/3的质量，并提高了2倍的使用寿命；Neod Lite 车底盘在运用铝合金零部件后，使得转向机壳、万向节、下控制臂、转向轴以及后制动毂等质量均有所降低，显然符合轻量化要求；此外克尔维特与凯迪拉克等车辆经采用铝合金复合材料制备的零部件也取得了良好的效果。

3.4 在车轮中的运用

对于汽车车轮质量而言，轮毂质量占到了70%的比例，试验表明，如果每减轻1kg的轮毂质量，在同样耗费1L汽油的情况下汽车行使距离可增加800m，或者说在节约1L油量的情况下，则有2.5kg的碳无法得到排放，所以轮毂轻量化既便于普及，也有着较高的铝化率和节能环保功效。同时运用铝合金复合材料的轮毂还可发挥良好的减震、抗腐蚀、散热作用，且经久耐用、容易制造，对于改善汽车安全性和舒适性意义重大。预计在日后的发展中，铝合金轮毂在我国的需求量会飞速增长，故有着广阔的发展空间。

3.5 发展要点分析

由上可知，在汽车轻量化中的运用铝合金复合材料已经取得了不小的成绩，而且随着铝合金复合材料种类的丰富、生产工艺的进步和综合性能的提高，其会展现出越来越大的优势和影响。但纵观我国市场，其尚未得到有效普及，究其原因与高成本有很大关系。这就要求我们充分认识铝合金复合材料作为一种相对成熟的轻量化材料，对于实现节能环保、提高汽车安全性能有着至关重要的影响，而且铝资源丰富、供应充足、回收价值率高，完全能够适应汽车轻量化发展形势，因此政府和相关部门应立足长远视角予以政策鼓励和科研支持，联合汽车行业成立研发机构，加快铝合金复合材料创新和应用，注重新合金、新工艺、高性能研发，并适当提高铝合金性价比，以此推动我国铝合金复合材料能够顺利推广，更好的运用于汽车轻量化发展之中。

4 结束语：

总之，无论是站在节能环保的视角，还是纵观汽车行业的长远发展，轻量化已是大势所趋，不容置疑，而其能否顺利达成这一目标的关键在于铝合金复合材料的生产技术。这就要求我们进一步加强材料研究和技术创新，尽快提升铝合金复合材料工艺技术，以期使其更好的服务于汽车轻量化发展。

参考文献：

[1]钟奇，施 毅，劉博. 铝合金在汽车轻量化中的应用[J]. 关注，2015，02：23-24.

[2]尚雪梅，任晓莉. 铝合金材质在汽车轻量化中的应用及其成形技术探析[J]. 科技视界，2014，09：450-451.

[3]王永光. 铝合金复合材料在汽车轻量化上的应用[J]. 科技创新与应用，2014，13：111-114.

[4]朱则刚. 铝合金复合材料在汽车轻量化上的应用[J]. 轻金属，2013，09：11-12.