探討：車用有色金屬新材料的應(yīng)用及發(fā)展
新材料對(duì)高科技和新技術(shù)具有非常關(guān)鍵的作用，是發(fā)展高科技的物質(zhì)基礎(chǔ)，掌握新材料是一個(gè)國(guó)家在科技上處于領(lǐng)先地位的標(biāo)志之一。汽車材料的發(fā)展是汽車 技術(shù)發(fā)展的重要方面。材料是汽車質(zhì)量保障的基礎(chǔ)，是研制更經(jīng)濟(jì)、更安全和更輕便汽車的關(guān)鍵一環(huán)。本文對(duì)高性能鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金材料、復(fù)合材 料在汽車工業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行了分析。
1．鋁合金材料
鋁合金是汽車上應(yīng)用得最快最廣的輕金屬，其中的關(guān)鍵在于鋁合金本身的性能。由于它具有高強(qiáng)高韌、高比強(qiáng)高比模、耐熱耐蝕等特性一直受到世界各國(guó) 的普遍重視。目前車用鋁合金已經(jīng)得到廣泛使用，鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)也屢屢出現(xiàn)。德國(guó)奧迪汽車公司在1999年推出的奧迪A2，以全新的輕量化結(jié)構(gòu)，成為世界第一 款大批量生產(chǎn)的全鋁轎車。奧迪A2的車身采用全鋁空間框架車身ASF。所謂ASF概念即儀表板部分由高強(qiáng)度鋁結(jié)構(gòu)支撐，空間構(gòu)架由真空壓鑄接頭的擠壓成型 段組成，這兩者結(jié)合成很輕的鋁合金車身。從前項(xiàng)柱到行李艙邊，包括車門(mén)手把坑都是用鋁沖壓成形，前柱(A柱)是采用高壓鑄鋁新技術(shù)，這是一種用于飛行器結(jié) 構(gòu)的高難技術(shù)，它能夠復(fù)合加強(qiáng)并改變材料厚度。由于奧迪A2采用ASF空間結(jié)構(gòu)，使車身重量比傳統(tǒng)鋼制車身輕40％以上，只有895公斤。美國(guó)、俄羅斯、 西歐等國(guó)已開(kāi)發(fā)了具有高比強(qiáng)度、比模量的一系列第二、第三代A1-Li合金，廣泛應(yīng)用于各種先進(jìn)的航空或航天飛行器、低成本發(fā)射裝置、超輕油箱計(jì)劃以及重 復(fù)使用的航天器核心計(jì)劃中。多種連續(xù)纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，如B／AL、SiCp／AI、C／AI等復(fù)合材料，已在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始了工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng) 用。世界各國(guó)也在積極采用攪拌熔鑄、粉末冶金、噴射共沉積等不同方法開(kāi)發(fā)各種性能的非連續(xù)增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。美國(guó)是世界上鋁及鋁材生產(chǎn)和消費(fèi)量最大的國(guó) 家。在裝備、技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量等各方面，在全員勞動(dòng)生產(chǎn)率方面都居國(guó)際先進(jìn)水平。我國(guó)已經(jīng)建立了比較完整的鋁合金研究和生產(chǎn)體系，鋁及鋁合金材料產(chǎn)能達(dá) 到450萬(wàn)噸，實(shí)際綜合生產(chǎn)能力約350萬(wàn)噸�？缮a(chǎn)l8大類，200多種鋁合金，2400多個(gè)品種，14000多種規(guī)格的鋁及鋁合金加工產(chǎn)品，基本能滿 足國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求，但高性能、大規(guī)模航空用預(yù)拉伸鋁合金板、高檔民用板帶箔材如特薄罐用鋁合金板、PS基版、高壓電子箔材等都達(dá)不到國(guó)際先進(jìn)水平，尚不能滿 足需要我國(guó)高性能鋁合金的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)基本上是跟蹤國(guó)外技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的， 已能生產(chǎn)多種牌號(hào)的高性能鋁合金并用于我國(guó)航空航天工業(yè)。我國(guó)的西南鋁業(yè)公司建成了鋁鋰合金專用熔鑄生產(chǎn)線；建造了具有國(guó)際先進(jìn)水平的噴射成形大尺寸棒 坯、管坯、板坯中試生產(chǎn)設(shè)備；對(duì)連續(xù)、非連續(xù)纖維及顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料開(kāi)展了大量研究，取得了一定成果，在軍工關(guān)鍵部件上獲得應(yīng)用。我國(guó)鋁合金研究開(kāi)發(fā) 與國(guó)際先進(jìn)水平的主要差距表現(xiàn)在：沒(méi)有完全建立結(jié)合我國(guó)資源特點(diǎn)具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋁合金系列：熱處理和加工工藝研究不夠深入，嚴(yán)重影響鋁材的品種發(fā) 展；材料生產(chǎn)成本過(guò)高，缺乏國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力；關(guān)鍵設(shè)備不配套，重復(fù)建設(shè)問(wèn)題突出；基礎(chǔ)研究薄弱，研發(fā)力量不夠。
2．鎂合金材料
鎂是一種輕質(zhì)的銀白色金屬，在鎂材中添加一些其它的金屬元素，例如鋁、鋅或者鋁、錳等，它就會(huì)改變了自己的特征，變成了一種具有較高強(qiáng)度和剛 度，具有良好鑄造性能和減振性能的輕質(zhì)合金材料，這些鎂合金材料在現(xiàn)代汽車中已得到廣泛的應(yīng)用。早在20世紀(jì)30年代大眾汽車就使用了鎂合金，后來(lái)由于鎂 的價(jià)格上升才停止了使用。80年代初，由于采用新工藝，嚴(yán)格限制了鐵、銅、鎳等雜質(zhì)元素的含量，使鎂合金的耐蝕性得到了解決，同時(shí)成本下降又大大促進(jìn)了鎂 合金在汽車上的應(yīng)用。從90年代開(kāi)始，歐美、日本、韓國(guó)的汽車商都逐漸開(kāi)始把鎂合金用于許多汽車零件上。目前鎂合金一般用于車上的座椅骨架、儀表盤(pán)、轉(zhuǎn)向 盤(pán)和轉(zhuǎn)向柱、輪圈、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋、變速器殼、離合器殼等零件，其中轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向柱、輪圈是應(yīng)用鎂合金較多的零件。隨著技術(shù)的發(fā)展將有更多的零件用鎂合金制 造。鎂合金零件帶給汽車的好處是顯而易見(jiàn)的：一是它的質(zhì)量輕，其密度只有1．7，是鋁的2／3，鋼的1／4，換用鎂合金就能減輕整車重量，也就間接減少了 燃油消耗量。二是它的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，比剛度接近鋁合金和鋼，能夠承受一定的負(fù)荷。三是它具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性，易加工，廢品率低，從而降 低生產(chǎn)成本。四是它具有良好的阻尼系數(shù)，減振量大于鋁合金和鑄鐵，用于殼體可以降低噪聲，用于座椅、輪圈可以減少振動(dòng)，提高汽車的安全性和舒適性。鎂合金 雖然有這些優(yōu)點(diǎn)，但從成本上看它仍然高于鋁合金。盡管如此，鎂合金的應(yīng)用前景仍然十分看好。美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等國(guó)都投資數(shù)十億美元，實(shí)施各自的鎂工業(yè) 研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃，擴(kuò)展鎂合金在汽車上的應(yīng)用；福特汽車公司已開(kāi)始用鎂合金來(lái)制造懸架零件、制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)鉗等；而日本1990年每輛汽車用鎂量?jī)H5公斤，預(yù)計(jì) 2000年底將增至210公斤，占汽車重量的25％，僅次于鋁材而超過(guò)鋼鐵的重量。近幾年我國(guó)開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列鎂合金專用壓鑄機(jī)以及鎂合金熔 煉系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率已達(dá)到40％；已開(kāi)發(fā)出8類3c產(chǎn)品和汽車、摩托車零部件，并已實(shí)現(xiàn)部分裝車；采用下沉陰極電解新工藝，成功制備出稀土含量為 15％～20％、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本鎂中間合金，為開(kāi)發(fā)汽車動(dòng)力、傳動(dòng)系統(tǒng)所需抗高溫蠕變和耐腐蝕鎂合金奠定基礎(chǔ)。我國(guó)鎂工業(yè)當(dāng)前與國(guó)際水平的主要 差距是：高強(qiáng)、高韌鎂合金，耐熱、耐腐蝕鎂合金體系方面的研究不夠，尚未形成完整的合金體系；鎂合金變形加工技術(shù)研究開(kāi)發(fā)落后；鎂合金基礎(chǔ)理論研究不充 分；鎂合金材料的應(yīng)用開(kāi)發(fā)起步較晚，應(yīng)用市場(chǎng)急待開(kāi)發(fā)。
3．銅合金材料
美、日、歐盟、俄羅斯等國(guó)為適應(yīng)電子信息產(chǎn)業(yè)和眾多高新技術(shù)的發(fā)展，一直把高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金作為研發(fā)的重點(diǎn)。國(guó)際銅合金技術(shù)發(fā)展主要集中在：超大 規(guī)模集成電路引線框架用高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金及其先進(jìn)制備和精密加工技術(shù)，涉及的合金體系有Cu—Fe—P系、Cu—Ni—Si系、Cu—Cr-Zr系等，前兩 種合金體系已形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模；軍事工業(yè)及電子、電工及汽車業(yè)涉及的合金體系有Cu—A1203、Cu—TiB2等。我國(guó)銅合金材料已形成了較完整的研 究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)體系，基本上能研究開(kāi)發(fā)、試制、生產(chǎn)我國(guó)工程和高新技術(shù)發(fā)展所需的新型銅合金材料。在高精度銅材加工技術(shù)方面，已研制開(kāi)發(fā)出厚度為 0．05mm以下的汽車水箱用超薄銅帶加工技術(shù)和產(chǎn)品，厚度為13-35 u m、寬1500mm的電解銅箔和厚度為6～9 u m超薄電解銅箔加工技術(shù)和產(chǎn)品，成功地開(kāi)發(fā)出空調(diào)器用銅合金空調(diào)管；采用擠壓一軋制一拉伸工藝研究開(kāi)發(fā)出外矩內(nèi)圓銅合金管和特種管材，并掌握了集成電路引 線框架用銅合金薄帶的加工技術(shù)和產(chǎn)品；在特殊銅合金材料方面，已成功研究開(kāi)發(fā)出汽車行業(yè)用耐磨銅合金同步齒環(huán)材料、特殊黃銅彈性材料、銅合金記憶材料、銅 錳系銅合金阻尼材料及藝術(shù)銅、貨幣銅合金材料。當(dāng)前與國(guó)際水平的主要差距是：高強(qiáng)高導(dǎo)精密銅合金材料基礎(chǔ)研究薄弱，研究缺乏系統(tǒng)性；精密加工技術(shù)落后，尚 不能規(guī)�；a(chǎn)超薄銅帶；制備方法原理與技術(shù)研究落后，先進(jìn)制備技術(shù)研究差距更大。
4．鈦合金材料
鈦材料的輕質(zhì)、高強(qiáng)度等性能早已為汽車制造商所注目。目前的賽車幾乎都使用了鈦材。汽車用鈦部件主要包括：閥：美國(guó)利用鈦合金制作進(jìn)、排氣閥較 普遍，利用鈦合金制作汽車閥，不僅可以減輕重量，延長(zhǎng)使用壽命，而且可靠性高，還可節(jié)省燃油。連桿：用鈦合金制造連桿對(duì)減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量最有效，能大大提高 性能。還有其他部件，包括汽車上的螺栓.
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