试论铝合金材料在未来汽车轻量化中的应用与发展

高永迪

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

随着经济的发展和技术的进步，世界汽车保有量在不断增加，给人们的生活和工作带来了诸多便利。但随着能源短缺问题的日益加剧，人们对汽车提出了新的要求。目前来看，汽车行业正在向轻型、节能、低碳、舒适等方向发展，不仅要提升汽车的质量，还要控制汽车生产的成本。为了满足节能环保的要求，汽车开始向轻量化的方向发展，以此降低汽车油耗，提升燃油的效率，满足节能环保的要求。而在轻量化发展的过程中，可以使用铝合金材料，其具有比重小、耐蚀性好、导热性好、容易加工等特点，可以满足汽车轻量化发展的要求。

1 汽车轻量化概述和铝合金特点

（1）汽车轻量化。所谓汽车轻量化，就是在确保汽车性能、强度、安全性的基础上，降低汽车的总体质量，以此提升汽车燃料的使用效率，使汽车获得更大的动力，同时减少燃料的消耗，使排气污染问题得到缓解。汽车轻量化应该以保障汽车性能稳定提升为基础，对各个部件采用节能化的设计方式，并且不断完善。汽车轻量化集成了设计、材料、加工工艺等多个方面的技术优势，可以提升汽车性能、优化汽车结构、降低汽车重量、控制汽车成本，这是一个系统化的工程，可以促进汽车行业的整体发展和进步。汽车轻量化的方法有很多，主要包括：车身结构优化、增加材料利用率、完善制造工艺等等[1]。例如，采用激光焊接、研发新材料等等。在各类材料中，铝合金是比较理想的轻量化应用材料，能够满足汽车轻量化的发展需求。

（2）铝合金特点。铝合金具有很多特点，主要包括：比重小、耐蚀性好、导热性好、比强高、便于加工、成本低6个方面。在比重方面，铝的密度只有2.7g/cm³，仅仅是铁密度的1/3，是一种轻质金属。大部分铝制品的质量都比较轻，比较容易搬运；在耐蚀性方面，铝的表面很容易形成氧化膜，且氧化膜具有紧密、稳定的特点，具有良好的抗氧化能力，所以相较于钢制车辆，铝制车辆的抗腐蚀性能较好，尤其对于车体中某些不宜涂覆防腐材料的部位来说，铝合金材料是最佳的选择[2]。不仅可以提升车辆的美观性，还能延长车辆使用寿命，使车辆的舒适度更高；在导热性方面，铝具有较高的导热性能，是铁的3倍，也有很高的热交换性能，适用于热交换期、散热器等设备；在强度方面，铝的力学性能虽然弱于钢，但强度却高于钢。可以适当在铝中添加其它金属材料制作铝合金，经过热处理之后，强度可以进一步提升；在材料加工方面，铝的熔点较低，有较好的流动性，可以制作形状复杂的零件；在成本方面，铝可以回收使用。目前，大部分国家采用的汽车铝合金材料都是再生铝，在总材料中所占比例已经超过60%。回收生产可以节约95%的能耗，充分满足了节约能源的要求。汽车工业加工中如果使用铝合金材料，可以节约工装设备的投入。不仅如此，铝制车身框架主要采用铝挤压型材，焊点也相对较少，从而简化了加工工序，使装配效率有所提升。

2 铝合金材料在汽车工业中的应用

（1）车身。在整个车辆之中，车身所占质量为30%，在车身质量上消耗的油量占70%，可见实现车身轻量化可以在很大程度上节省汽车燃料。所以，在汽车制造的过程中，可以使用铝合金材料制作车身。例如，奥迪汽车早在1980年就已经开始使用铝合金车门，随着技术的优化，铝合金材料的应用范围也在不断扩大，到了1994年之后，奥迪推出了两款全铝轿车，分别是A8和A2，与传统汽车相比，这两款汽车的车身质量有了明显的减轻，约下降了40%。

A2总车质量不超过900kg，年产5万辆，是世界上首款批量生产的全铝轿车；A8也获得了很高的评价，被誉为全世界重要科技成果。其后，越来越多的汽车企业开始开发和使用铝合金材料，全世界多家机构联手推出“超轻汽车项目”，其中包括保时捷、大众、雷诺等汽车制造商，其对轻量化材料进行全面深入的研究，采用了多重材料连接制造的技术，参考了大众第五代高尔夫的车型，制造了混合多种材料的轻质量车身，车身净重180kg，与原本的高尔夫车身相比，质量大幅度下降，有101kg之多。可见，铝合金材料的应用，可以有效降低车身的质量，且在车型相同的情况下，应用铝合金材料也可以在一定能够程度上提升车身的抗碰撞性。

（2）底盘。在汽车轻量化发展的过程中，底盘具有较大的优化潜力，比较容易实现轻量化的目标。在悬挂系统之中，铝合金已经成为比较常用的材料。例如，凯迪拉克公司的悬挂系统就采用了铝合金材料制作的部件；福特公司也应用铝合金材料制作了动盘，相较于铁质动盘，铝合金动盘的重量下降了2/3。尽管成本稍有提升，但使用寿命延长了2倍，总体性价比变高；克莱斯勒公司生产的NeodLite就采用了铝合金零件组装而成的汽车底盘，有效降低了转向机万向节的质量，约比原本的质量少了3kg，下控制臂和转向机壳的质量也有所下降，分别降低了2.6kg和1.36kg。可见，在底盘制造的过程中应用铝合金材料可以满足轻量化的要求，还能提升部件的使用寿命。

（3）发动机。目前来看，已经有很多汽车公司采用铝合金发动机部件，包括活塞、散热器、连杆、油底壳等部件。活塞来说，大部分轿车都已经开始使用铝合金活塞，通过减轻活塞重量，可以降低活塞惯性和曲轴配重，能够提升活塞的使用效率，且铝合金的导热性能好、膨胀系数小，即使在350℃的条件下工作，也能保持较好的力学性能[3]。不仅如此，采用铝合金材料制作的部件，在减轻质量的同时，也能减少震动、噪音、油耗等问题，可以提升汽车整体的舒适度。

（4）车轮。在整个汽车中，轮毂质量占总体质量的70%。也就是说，降低轮毂重量，可以实现车辆总体重量的降低。在汽车工业中，铝合金轮毂比较容易制造且具有较好的环保性能。如果可以减轻1kg的轮毂质量，那么1L汽油就可以让汽车多行驶800m，且减少汽油的使用就可以降低碳排放量，能够满足节能环保的要求。不仅如此，铝合金轮毂还具有较好的抗腐蚀性能、减震性能、耐久性能等等。

3 结语

综上所述，随着经济的进步和发展，我国环境、能源等问题日益突出。在这种情况下，汽车行业应该向轻量化的方向发展，围绕着节能环保的要求展开技术优化和完善，采用铝合金材料来降低车辆的总体质量，从而降低汽车油耗，减少碳排放量，同时提升汽车的抗腐蚀、减震、耐久等性能。