铝合金在汽车工业中的应用现状及展望

甄 雯

（天津职业技术师范大学,天津 300222）

汽车的尾气排放也是城市空气的主要污染源，随着日趋严峻的气候和能源问题以及汽车保有量的不断给速增，各个国家都在给汽车制造企业提出更好的要求——降低产品能耗、减少污染、提高燃料的经济性。而对于我国来说，据统计2012年末全国民用汽车保有量达到12089万辆，预测在未来6年内年汽车保有量将达到1.5亿辆，这个数据显示节能减排刻不容缓，汽车轻量化亦势在必行。现如今汽车制造用材料的结构也随着科学技术的迅猛发展而发生着变化，汽车生产所用的材料向着轻量化、低消耗、高性能等综合功能的方向发展。轻量化的目的就是使汽车应用高强度和轻质材料的综合性能，要保证汽车的安全性的同时提高汽车的环保性能，以达到降低污染排放为最终目标。

在车辆运行周期中，汽车自身质量每下降1000kg，就可以减少燃油消耗4800L，降低温室气体排放11.2吨。这组数据可以让我们看到汽车铝化对未来绿色环保事业的“超能量”。铝合金以最富于开发和应用潜力的“绿色材料”之名得到了认可。其比强度相似于合金结构钢甚至某些铝合金高强度高韧性，其抗拉强度超过600MPa，高于碳素结构钢。铝及铝合金材料具有很多环保性能：密度小可使车体质轻；耐蚀性好可实现无涂装；美观耐用容易进行表面处理；易成形可回收再生等。与钢相比，以铝代制造汽车可使整车重量减轻30%-40%，制造发动机可减重30%，制造轮毂可减重30%，而用铝制造散热器比铜制品轻20%～40%，整车减重可达到50%，其轻量化的效果非常明显。据统计，整个欧洲的汽车工业在2002年消耗了大约25万吨用于汽车制造，82.8万吨用于生产汽车传动系统、行驶机构和悬挂机构。全世界铝材消耗量的12%～15%以上用于汽车制造工业，某些经济发达的国家已超过25%。铝位居普通汽车中金属材料消耗量的第三位，仅次于钢与铸铁，而在全铝车中的用量则攀升到第二位。

目前，铝合金铸件是相较铝合金板材、挤压型材等应用在汽车中最为显著、占比最多的形态。但是从应用位置看，铝合金板材是制造车身的主要材料，是在未来市场中最具潜力和发展的。铝合金中用于制造汽车车身的材料主要有2000系、5000系、6000系合金，这些铝合金的冲压性能已近似于钢材，某些性能甚至已超过钢材，完全有“能力”替代钢材用于制造汽车车身。

汽车保险杠吸收冲撞时的能量，保护汽车内部的安全性，但也增加了整车的重量。一些铝保险杠的σs和σb都有提高，甚至大大超过了冷轧钢板，正逐步应用于制造汽车的安全保险和防冲撞系统，以实现汽车轻质的目的。近年，专家们研究的发泡铝也得到了应用，即利用泡沫金属铝制造汽车保险杠，不仅能最大程度地吸收碰撞能量，还拥有隔音、隔热等性能，使汽车的安全性和舒适性亦得到很大改善。

发动机是一辆汽车的心脏，对材料导热性，耐蚀性要求较高的发动机的缸体、缸盖，铝合金在制造这些零部件拥有着非常突出的优势。美国通用汽车公司、法国汽车已采用全铝气缸套，法国汽车铝气缸体达45%，日本日产公司VQ和丰田公司的凌志IMZ2FE V6采用铸铝发动机油底壳等，世界各个汽车公司都在高比率、高速率的的应用铝合金。发动机内部零件采用铝金属件是非常符合汽车的发展趋势，发动机及其零件的铝化可以减轻重量、减少振动，从而减轻了发动机的工作负荷，降低了燃油耗率，减少故障的出现频率，延长了发动机的使用寿命。

铝化率最快的汽车零部件当属汽车轮毂。铝合金轮毂不仅散热好、吸震强、抗蚀性强，其力学性能，如抗冲击性、弹性、耐热性都很好，其综合性能优，能够有效地提高车轮及轮胎的使用寿命以及轿车的舒适性和安全性。铝合金轮毂的环保效应也十分显著：日本某研究机构曾经做过试验，普通5座轿车的质量每减轻1 kg ，一年约节省20 L 汽油，约可行驶16000m，同时产生50kg的碳排放量。铝合金轮毂使用很广，一些国外汽车企业的铝合金车轮已经达到80%以上的使用率，而我国铝合金车轮的使用率也已达到50%左右，铝轮毂正在向由厚变薄、形态由简单变复杂、重量更轻及安全性更高的方向发展，以适应汽车行业发展的诸多要求。

如压缩机、冷凝器、散热器、暖风设备等汽车的冷凝及散热设备系统，几乎是全铝制造。在欧洲汽车空调系统的铝化率已经高于九成，在美国也达到六、七成，在日本达到二、三成。由于冷却液、盐类造成的内部、外部腐蚀而产生的容器壁损坏乃至漏水问题而直接影响其使用性能及使用寿命，这也成为了铝制冷凝及散热设备系统的发展瓶颈，目前只有向冷却水中添加防锈剂、采用表面处理等方法进行简单处理以弥补不足。

美国资深汽车工程师David Scholes也预言：未来轿车上的每一个零件都有可能用铝合金生产，10～15年后会有越来越多的铝合金用于汽车，而且铝合金制品完全可能比塑料还轻。为了提高铝合金在汽车上的应用水平，要继续开发低成本的铝合金，探索铝合金成形及加工工艺，不断提高回收再生技术的应用，降低铝合金的生产成本，研发不同类型材料连接的技术以满足今后轿车结构的发展。从而扩宽铝合金在汽车制造之旅的道路。

汽车工业作为我国的支柱产业之一，未来几十年都将得到持续高速发展。从舒适、美观、耐用、轻量化、节能、环保等综合性能方面来看，铝合金是汽车制造业高端化和轻量化的首选材料，研制、开发汽车用铝合金对提升我国汽车产业的国际竞争力具有不容忽视、举足轻重的作用。

[1]马鸣图，易红亮，路洪洲.论汽车轻量化[J].中国工程科学,2009(05).

[2]王孟君，黄电源，姜海.汽车用铝合金的研究进展[J].金属热处理,2006(09).

[3]王 刚，铝合金在汽车工业中的应用与发展前景 [J].内蒙古科技与经济,2008(09).

[4]冯美斌.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用[J].汽车工程,2006,(03).

[5]孙丹丹等.铝合金在汽车中的应用[J].山东内燃机,2003,75(01).

[6]杜明义.用铝合金材料实现汽车轻量化[J].轻合金加工技术,2007,35(02).

[7]孙丹丹，李文东. 铝合金在汽车中的应用[ J ].山东内燃机,2003,75(01):34236.

[8]张译中.国外汽车用非钢材料的开发与运用[ J ].汽车工艺与材料,2002(10):37238.