新材料在汽车领域的应用与展望.docx

新材料在汽车领域的应用与展望摘要：随着生活水平和制造工艺的提高居民对汽车性能要求越来越高轻量化、低能耗和低排放是汽车发展的趋势。汽车材料的改进是轻量化的出发点要想实现低能耗和低排放就不能放松对性能更轻更好的汽车材料的研制。轻质材料、金属基复合材料及陶瓷等新材料的使用在一定程度上决定了汽车的发展趋势是汽车技术发展的重要方面。关键词：汽车新材料；轻质材料；金属基复合材料；陶瓷材料中图分类号：U270文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）13-0010-02随着用户对汽车要求的提高和汽车技术的发展汽车的未来发展趋势一方面追求豪华和舒适另一方面又需要轻便。为满足汽车在绿色化、轻量化上的主流发展趋势构成汽车的材料也不断革新使用新材料成为了大势所趋。降低构件质量、降低制造成本和耗能、提高材料比强度、提高构件使用寿命、节约合金元素、加快发展复合材料和特殊材料是未来车用材料发展的必然之势。最近几年汽车制造业中材料的发展特点可概括为以下三个方面：（1）传统的铸铁材料、低碳钢仍占据主导地位；（2）新材料所占比重越来越大如镁材、铝材、塑料等已经成为不可或缺的材料；（3）随着科技的发展更多的新材料已用于生产车架、车身立体构架、保险杠、承载构架、排气管和发动机支承等大大降低了生产成本。下面将讨论各种新材料的特点。1结构性材料1.1轻质材料降低汽车重量的关键是轻质材料的广泛使用。以车身的材料为例车身要求高强度、高精度、高抗撞性其质量约占汽车总质量的20%～25%。目前钢材仍是批量生产的净车身的主要材料。其他材料如铝、镁合金材料所占比重将会越来越大。轻质材料的使用可以明显降低车重。这样不但可以压缩汽车的制造成本更可以大大降低汽车使用成本。目前车用轻质材料主要有金属轻质材料和非金属轻质材料两种。金属轻质材料主要有镁合金、铝合金、钛合金等；非金属轻质材料主要有工程塑料、玻璃钢等。1.1.1车用轻金属。（1）镁合金。镁合金是汽车减重最具潜力的轻质材料之一。镁的密度为1.8g/cm3仅为钢材密度的35%铝材密度的66%。尺寸稳定性好、电磁屏蔽能力强、比强度高、阻尼性好是镁合金的主要优点。由于镁合金的振动阻尼能力好于铝和钢并且尺寸稳定性更好因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。德国大众公司的甲壳虫汽车的大量结构零件都使用镁合金。高延展性镁合金AM20、AM50和高纯度耐腐蚀镁合金AZ91D、AZ91E等的出现极大地提高了性价比。随着压铸技术的进步目前已可以制造出形状复杂的薄壁镁合金车身零件。镁合金在冶炼时要使用保护气SF6其温室效应是CO2的近2.5万倍对环境的污染比较严重。不过如果能将镁合金的各种切削和报废件充分再利用则可降低能耗。另外利用“生命周期评估”理论进行评价后发现由于镁的比重小减轻了汽车的重量降低了油耗使镁所占比重较大的汽车在行驶里程超过四万公里后显示了对环境影响的优越性。（2）铝合金。铝合金在发动机缸体、活塞、进气支管、气缸盖、变速器壳体、轿车的骨架、车身、座椅支架、车轮等部件的制造中有广泛应用。其密度约为钢的1/3与汽车钢板相比铝合金具有低密度、高比强度高、高热稳定性、耐锈蚀、易成形、可再生等优点并且技术成熟。目前在汽车上铝合金是仅次于钢材的第二大应用可以生产各种冲压件、铸件及拉制型材。德国大众公司的奥迪A2型轿车车身骨架和外板结构全部采用铝合金与传统钢材料比较车身减重135公斤约降低了43%每百公里油耗降低3升。性能更优良的液压成型件和大型铝铸件的采用使奥迪A8型轿车车身的零件数量缩减了21个并且车身框架完全闭合这种结构的车身与同类钢制车身相比不仅减重一半还提高了扭转刚度。一方面铝合金都可以全部回收再利用深受环保人士的欢迎。但另一方面铝的成本较高并且制造难度大阻碍其在汽车领域的应用。奥迪A8采用了6000系列铝镁硅合金铝材作为车身钣金件该种铝合金对纯度和工艺稳定性有很高的的要求。为了提高其强度需在制造时采用连续退火热处理工艺该生产线费用高、热处理能耗大。因此为了进一步降低铝车身成本需要开发新的铝合金材料。（3）钛合金。目前钛合金主要应用于汽车发动机中。钛合金的优势是在密度上仅是铁的1/2为4.5g/cm3但比钢拥有更好的硬度和强度且耐腐蚀性能好。因此在汽车发动机中使用钛合金可以使部件更轻、更坚固、更耐腐蚀。同时钛合金车身可以承受更大的作用力。但是由于钛提炼困难使其价格昂贵现在还只能在赛车上应用而普通汽车上使用较少。1.1.2车用非金属轻质材料。在汽车行业的未来发展中国内外发展的一大趋势是用高分子材料制造零部件