车辆铝基合金的轻量化的研究进展

田俊 宫蓝波

摘要：随着大众购车，商旅往来，在汽车船舶，轨道交通，航天航空方面，铝基合金正迎来一个全新的春天。车辆轻量化铝基合金更是首当其冲。本文介绍了铝基合金轻量化的发展和应用以及技术。在保证强度刚度一定条件下，降低铝基合金重容比，即提高铝基合金的轻量化程度。

关键词：铝基合金；轻量化；汽车

轻量化的概念最先源于赛车。轻量化铝合金通过减轻重量，可以获得更好的操控性，起步时加速性能更好。并且降低油耗，有利于节能环保。其实不止汽车行业，还包括轨道交通、航天航空，以及我们日常生活物品的各种便携性物品也需要轻量化，例如行李箱、三脚架、自行车等等。

1 轻量化铝基合金的迫切需求

铝基合金轻量化的提升为何越来越受重视？其实追究到底离不开经济与环保。而最突出的就是汽车行业。

车辆轻量化大大有利于节能减排，在确保汽车的车身强度与行驶安全性的同时，尽量减少汽车的重量，来提高动力性能，节省燃油，减少排气污染。材质轻量化是当前汽车轻量化研究采取的主要手段之一。

铝合金因其密度较低，具有可以媲美甚至超越优质钢的比强度和比刚度；较好的塑性可以加工成各种型材；较高的耐腐蚀性能可以避免生锈；回收率高，具有卓越的环保性能；并且铝基合金在世界上产量最高，在有色金属阵营中，铝的产量已经超越了铜、铅、锡及其他有色金属的总和，无疑是轻量化研究的重中之重。在新能源电动汽车领域，使用全铝车身，可以让汽车减重，提高动力性能，增加了续航能力，对用户用车和节能环保有重大意义。

2 传统铝基合金技术的研究与应用

经济适用的轻量化铝合金更多地运用在了汽车方面，所以汽车各公司对于轻量化的研发从未停止。例如奥迪空间框架结构AUDIASF，它采用了全铝化车身，集高强度、高刚度、重量小于一体。驾驶员和乘客将得益于这样车型极高的主动安全性能和动态操纵性能以及经济的燃油消耗量。

铸铁、铸钢和烧结钢制造的汽车发动机笨重、油耗高，而铝合金使其减轻重量30%以上，所以目前国外很多汽车企业均已采用了全铝制的发动机气缸部件。

铝合金轮毂因为质量轻、抗腐蚀性强、散热性良好、回收率高，并具有优美的外观，逐渐取代了钢质轮毂。车辆载重实验说明，一辆普通汽车全部将钢轮毂换成铝轮毂，可以将整重降低不低于10千克，每年节省汽油200升。著名Alcoa公司的Mseries铝轮毂比普通轮毂降低了近一半重量。

铝合金板材在汽车上的使用量在一直增长。例如经过热处理的6000系铝基合金板材是汽车壳体极佳的材料，可用做车身的框架。除此之外，2000系、5000系和7000系铝基合金也可以作为车身材料钣金件。近几年，使用6000系和7000系高强度铝基合金开发的车体钣金件不仅重量轻、强度大、抗裂性能良好，而且成型性好，能够极好的满足汽车对壳体的要求，在汽车行业得到了极其广泛的应用。

3 新型铝基合金技术的研发与应用

当冷却速度为104～109℃/S时，铝基合金将发生一系列组织结构上的新的特征表现。目前这种技术的应用很广泛，例如Sumitomo电器公司的空调压缩机的转子和叶片、雅马哈汽车制造公司的快速凝固高硅铝基合金活塞、马自达汽车公司使用喷射沉积AlSiFeCuMg合金制造出一种新型发动机转子。

泡沫铝合金是铝合金内添加添加剂，经过发泡工艺，分散有无数气泡的多孔材料，这种材料的质地更轻、强重比更高，可以很好地吸收冲击力，拥有良好的吸振特性。泡沫铝“三明治”板材具有重量轻，强度高、保温性好的特性，用在车身的顶盖板，可提高轻量化、刚度并且改善保温性能。除此之外，将泡沫铝用在纵梁、保险杆等支柱零件上，在轻量化的同时，也提高了撞击的安全性。

不仅如此，铝轮毂除了传统铸造工艺外，还有半固态成型技术，这种技术可以提高铝轮毂的使用寿命，最重要的是可以消除铸造技术带来的气孔等缺陷。而且这种工艺生产技术简单，成本低。

4 结论

铝基合金的轻量化研发更是重中之重，各行各业的都在努力研发，尤其是汽车行业，其具有极高的民生价值与经济效益。铝基合金的研发设计方方面面，不止从铸型，還有材料本身的结构与成分。其中凝固技术和泡沫铝以及半固态成型技术的研发成效卓越。

铝基合金在汽车行业上的应用现在只露出了冰山一角，随着汽车用铝量的不断增加，它的潜能将不断被挖掘。汽车中的用铝量最高可达540kg，这可以让汽车重量减少40%。若按每辆车用铝每吨4万元算，预计到2020年，车用铝基合金的市场规模将可能超过2500亿元。在不久的将来，轻量化铝合金时代即将全面到来。

致谢：

本文在项目16030501200“研究深海油气田水下机器人的关键技术”，E309031601160题为“16ky0116镁合金真空吸铸微观组织研究”，E308001602042《宫蓝波cx1601001研究非晶合金的形成过程和组织缺陷”和a18908160102004题为“田俊cs1601004铝基合金定向凝固力学性能的研究”的基础上发表。很感谢上海工程技术大学的机器人功能材料制备实验室的设备使用。

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