铝合金在车载LNG气瓶上的应用前景

余谦+段武+夏园园

摘 要：随着全球节能减排的大环境下，轻量化已成为车辆的主导发展方向，车载LNG气瓶的轻量化，对LNG汽车的轻量化有着巨大意义；铝合金及其特有的优点，为车载LNG气瓶材质的应用提供了方向。

关键词：铝合金；车载LNG气瓶；轻量化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.241

0 引言

现在世界能源生产总量中，天然气已占到1/3，并有可能在不远的将来逐步将现时广受欢迎的石油和煤炭挤到次要地位。液化天然气作为一种细分市场产品，它的消耗量正以每年10%的速度增长，全球液化天然气需求将从2010年的2.18亿吨增至2015年的3.1亿吨，到2020年可达到4.1亿吨。

LNG作为可持续发展清洁能源，具有明显的环境效益及社会效益，以LNG取代燃油后可以减少90%的二氧化硫排放和80%的氮氧化物排放，环境效益十分明显，是汽车的优质代用燃料。在世界能源日趋紧张，大气污染极为严重的今天，在交通运输领域尤其是重型卡车上大力推广清洁能源，降低石油消耗，减少排放污染，将是未来发展的趋势。全球节能减排的大环境下，轻量化已成为车辆的主导发展方向，由于车载LNG气瓶的限制，LNG汽车自重较大，在车辆追求轻量化的发展方向上，有着一定的制约。

近年来，我国有色金属压力容器设计制造水平不断提高，但国内压力容器主要材料仍为传统钢材料，导致能耗及重量较大，不但耗费了更多的资源，也降低了容器的经济性和竞争力。铝合金以其特有的物理性质，密度小（约为铁的1/3），以及良好的低温力学性能，在压力容器中得到广泛推广应用，为车载LNG气瓶提供了一定的基础，并为气瓶轻量化提供了新的方向

1 铝合金材料的特点

相对于压力容器常用的钢材而言，铝合金能够在压力容器应用，主要具有以下特点：

（1）耐腐蚀性。耐腐蚀性是有色金属压力容器最重要的用途之一，由于铝合金的化学性能各不相同，其耐腐蚀介质范围和程度也各不相同。

（2）传热性。铝合金的热导率是钢铁材料的几倍，从热导性方面来讲，铝合金是一种仅次于铜的优良热导性材料。

（3）比强度高。常用的结构材料中，铝材的密度较小，同钢材相比，其比强度（抗拉强度与密度之比）更高。对于移动式压力容器，材料的比强度更高意味着设备重量更轻，运输过程中可以降低能耗，节约成本。

（4）耐低温性。铝合金的晶体结构为面心立方结构，由于面心立方的晶体结构各方面的协调能力特别好，因此，當铝合金压力容器在温度很低的工况下使用时，也不会发生脆性断裂，不仅如此，铝合金的轻度和人性也不会降低，反而会具有良好的力学性能。铝合金耐低温性能，可至-269℃，无需任何附加要求。

2 铝合金在气瓶上应用的优势

（1）耐低温型。车载LNG气瓶属于低温容器，其设计温度一般为-196℃，一般的材料在这个温度下，会产生低温脆性；而铝合金可以在温度很低的工况下使用，其耐低温性能，可至-269℃，甚至在低温的条件下，铝合金的抗拉强度和屈服强度会有所提高，断裂韧性也会提高，满足车载LNG气瓶的温度方面的设计需求。

（2）比强度高。比强度是材料的强度（断开时单位面积所受的力）除以其密度。又被称为强度-重量比，比强度越高表明达到相应强度所用的材料质量越轻。现有车载LNG气瓶多为不锈钢材质，密度高，由于材料限制，气瓶自重较重。而铝合金的比强度较高，车载LNG气瓶属于移动式压力容器，较高的比强度带来较低的自重，使车载LNG气瓶在使用过程中可以降低能耗，节约成本。

（3）耐腐蚀性好。车载LNG气瓶运行的环境多为露天环境，需要对大气环境有良好的耐腐蚀性能。铝合金在使用过程中，由于铝合金与空气中的氧气极易发生氧化反应，使其外表面形成一层致密的氧化膜，其吸附能力极强，足以使铝合金具有极强的耐大气腐蚀性。

3 铝合金在气瓶上应用一些问题

（1）铝合金热传导高，车载LNG气瓶需要气瓶的绝热性能好，因而在设计过程中，需要考虑铝合金的这个特性，优化气瓶结构，尽可能减少传热。

（2）铝材在高温下易于空气中的氧反应，生成三氧化二铝薄膜；该氧化膜会提高其耐腐蚀性能，但改氧化膜会对铝合金的焊接质量产生影响，在焊接过程中，需要有良好的保护。

（3）焊接时铝合金熔池凝固时的体收缩率约为钢的两倍，因而铝合金焊缝容易产生缩孔、缩松及热裂纹。

4 结语

车载LNG气瓶作为LNG汽车燃料系统的核心装备，节能减排的大环境下，轻量化成为其主要发展方向，铝合金在车载LNG气瓶上应用虽然存在许多问题，但其在某些方面具有独特的优势，特别是轻量化的方向上，有着巨大的潜力。加强车载LNG气瓶对铝合金的开发及应用，对LNG气瓶及汽车的轻量化有着巨大意义。

参考文献：

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