3种型材成为决定未来汽车轻量化的关键因素

2015-04-09 10:36:33 作者：本站整理来源：

近年来，汽车“轻量化”是热门话题。车企为节能降耗各展所长，因为若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升。而从成本上来看，减少1公斤的车重则可以减少10美元左右的支出。

据悉，汽车轻量化可从设计轻量化、采用轻质材料替代钢铁、改进制造工艺和提高现有材料强度（高强度、超高强度钢）四方面实现。而当中，可替代性材料前景被业内技术专家们普遍看好。在在目前的材料工艺中，主要有铝、镁合金、陶瓷、工程塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等。而目前无论是车企还是材料企业，探讨的话题，除了高强度钢外，最多的莫过于以上可替代之“材”。而在百材竞放中，谁能最终获得车企的青睐，目前还为可知，不过铝合金因其技术相对较为成熟，而暂时保持呼声较高的地位。

铝合金
不过材料的应用来看，铝合金技术的确较为广泛。汽车上有众多零部件可以使用铝合金代替，以达到轻量化的目的，估算可平均节省重量125%。根据汽车咨询机构Duckers调查，北美、欧盟、日本单车用铝分别高出中国47%、24%、15%，且欧美日单车用铝仍在持续增长。

　　
早在1990年开始销售的日本本田NSX车采用了全铝承载式车身，比用冷轧钢板制造的同样车身轻 200kg，引起全世界的瞩目。1994年奥迪开发了第一代AudiA8全铝空间框架结构（ASF），汽车自身质量减轻了大约40%。去年刚上市的新一代奔驰C级车上，主架构大量采用铝合金材料打造，比例差不多达到50%，这也使得新一代C级车相比传统的钢架构轻了70千克。

然目前，制约铝合金在汽车上大量应用的主要原因之一其价格比钢材的高，有关专家表示除开发低成本的铝合金和先进的铝合金成形工艺外，回收再生技术可进一步降低铝合金的生产成本。此外，扩大铝合金应用的另一个研究方向是开发新的各种连接技术，今后发展的多材料结构轿车要求连接两种不同类型的材料（如铸铁一铝、钢一铝、铝一镁等），对这些连接技术以及对材料和零件防腐蚀的表面处理技术，是今后扩大铝合金在汽车上应用的重要课题。

与铝合金一起相运而生的则是镁合金，不过镁合金的价格是铝的3-4倍，发展难度也相对更大。

碳纤维复合材料
碳纤维最早被应用在航空领域，近年逐步被推广至汽车，然目前多见于超跑。

碳纤（carbon fiber,CF）含碳量95%纤维材料。2013年量产的宝马i3采用了碳纤维车身和铝制底盘，宝马称该重量较其他相同尺寸的电动车减轻了300千克之多。这款碳纤维材料CFRP（碳纤维增强树脂基复合材料），名称较为拗口，其原料是聚丙烯腈，有点像用来制作芭比娃娃头发的纤维，但实际上比人的头发纤维细10倍。

昂贵的价格一直让平民车对其敬而远之，但事实上，碳纤维材料本身并不昂贵，然而要把碳纤维加工成适合车辆行驶、碰撞的成品才真正是其价值所在。目前，诸多厂商正在加紧研发，促其成本的降低，然这需要一个漫长的过程。

工程塑料
相对于铝镁合金，其重量更轻，相对碳纤维，其成本更低；近年随着其硬度、强度、拉伸性能的不断提高，安全性得到进一步保证，成为车企在汽车减重方面关注的焦点。据了解，目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过120千克/辆，个别车型还要高，德国奔驰高级轿车的塑料使用量已经达到150千克/辆。国内一些轿车的塑料用量也已经达到90千克/辆。

不过材料虽然有很多，诸多整车厂倒出现在无法推广的原因是：成本和安全性。车企表示，除非是供应商和他们自己有更好的理由和方案，否则技术再先进，材料再好，尤其对于自主品牌来说，用的机会还是很少。此外，虽然塑料的安全性目前已有较大提高，但在关键架构方面，得以应用还需要较长时间。

无论是铝合金、碳纤维还是塑料亦或是高强度高，在未来的发展中都不可能是孤军奋战，机械科学研究院资深顾问陈长年表示，材料的混合使用将成为全球汽车业发展的重要趋势。在欧洲车身会议文献中，自2006-2011年的72个车身中，有32个钢车身、2个全铝车身、38个钢/铝/复合材料多种材料混合车身则超过一半。而当中，最为关键也较难突破的技术则是可靠、高效的连接。