如今汽車輕量化材料誰(shuí)是香餑餑？熱門(mén)之選是鋁材

　　據(jù)外媒報(bào)道，對(duì)全球車企而言，實(shí)現(xiàn)車輛減重（輕量化）依然是頭等大事，因?yàn)槊绹?guó)從2025年將開(kāi)始執(zhí)行更為嚴(yán)苛的聯(lián)邦燃油經(jīng)濟(jì)性新規(guī)及其他污染控制法規(guī)。于是，車企紛紛將目光轉(zhuǎn)向鋁材制造商及擠壓合金制造商，進(jìn)而推進(jìn)車企的汽車輕量化進(jìn)程。

　　據(jù)沃德汽車（WardsAuto）的調(diào)研結(jié)果表明，鋁金屬質(zhì)地較輕，可靠性強(qiáng)，有助于車企滿足于美國(guó)2025年執(zhí)行的燃油經(jīng)濟(jì)性新規(guī)。各大車企不得不滿足新規(guī)的嚴(yán)苛要求，但又不想犧牲車輛的性能或美觀度為代價(jià)。為此，鋁材在汽車外飾及結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，車企紛紛用鋁材取代分量較重的鋼材，并積極致力于在其他車身部件上的應(yīng)用，如：車身鈑金件及車身覆蓋件（closures）等。

　　如今，有不少車型采用了鋁材并均獲得了用戶的好評(píng)，如：最暢銷車型福特F-150及捷豹路虎旗下的多款車型。由于許多轎車與卡車在采用鋁材后，其在美國(guó)的碰撞測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)異，并獲得了5星級(jí)安全評(píng)分。與此同時(shí)，消費(fèi)者也希望其購(gòu)買的車輛能夠?qū)崿F(xiàn)省油、耐用、安全及性能的提升。

　　輕量化鋁材的研發(fā)創(chuàng)新

　　車企紛紛加大研發(fā)力度，致力于研發(fā)新款輕量化鋁合金、擠壓合金。與此同時(shí)，車企還研發(fā)全新的裝配工藝，或在現(xiàn)有裝配工藝上加以改進(jìn)。車企還對(duì)鋁廠及擠壓合金廠進(jìn)行投資，這也是眾多車企的一項(xiàng)重要策略。車企正在不斷加深與汽車設(shè)計(jì)師及工程師的協(xié)作，旨在研發(fā)具有創(chuàng)造性的解決方案，進(jìn)一步降低轎車與卡車的重量。

　　舉個(gè)例子，薩帕北美擠壓公司（SapaExtrusionNorthAmerica）于2016年4月在底特律郊區(qū)啟用了一家研發(fā)中心，專注于汽車領(lǐng)域。該研發(fā)中心與公司的業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)緊密合作，為OEM制造商提供服務(wù)。該研發(fā)中心擁有強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，其中有一位專家精通攪拌摩擦焊（frictionstirwelding）技術(shù)，另有8名冶金學(xué)家（metallurgists）致力于新合金研發(fā)、產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用。另有一位取得博士學(xué)位的機(jī)械工程師，他專門(mén)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)建模（computationalmodeling），優(yōu)化擠壓合金設(shè)計(jì)，完成車輛的輕量化優(yōu)化工作。

　　鑒于新規(guī)標(biāo)準(zhǔn)越發(fā)嚴(yán)苛，新輕量化材料的研發(fā)成本也隨之上升，這一點(diǎn)不足為奇。據(jù)沃德汽車的調(diào)研結(jié)果顯示，受訪者對(duì)現(xiàn)有材料的信心不是太足，車企不得不研發(fā)新材料以應(yīng)對(duì)美國(guó)2025年的新規(guī)要求。

　　根據(jù)美國(guó)2025燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)及溫室氣體排放總統(tǒng)令的要求，2017-2025款輕型車的平均油耗必須達(dá)到54.5mpg（約合23kmpl）。據(jù)估計(jì)，到2023年，75%的汽車減重將通過(guò)外飾件及結(jié)構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中車身及車架的占比近一半。欲實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，則需要研發(fā)輕量化材料。

　　車企面臨多方面挑戰(zhàn)致力于產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)

　　如今，車企持續(xù)為旗下車型增添新功能，進(jìn)而導(dǎo)致車輛的重量不斷上升，為此，車企不得不致力于輕量化研究，研發(fā)新的電動(dòng)系統(tǒng)及其他燃料動(dòng)力系統(tǒng)。由于上述系統(tǒng)采用了更為輕質(zhì)的材料，在提升設(shè)備能效的同時(shí)應(yīng)對(duì)全球法規(guī)帶來(lái)的壓力。車企積極研發(fā)輕質(zhì)鋁合金及擠壓鋁合金，旨在研發(fā)并獲得更具成本效益的輕量化方案。

　　消費(fèi)需求的變化也為車企帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，用戶要求車企為車輛提供更多的新功能，而這類功能通常依賴于分量較重的鋼材或相近的材料。為滿足安全性、車輛性能并搭配車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)，這類需求迫使車企面臨車身增重的難題。為此，鋁材制造商持續(xù)創(chuàng)新及設(shè)計(jì)，力圖用擠壓鋁合金及其他先進(jìn)的鋁合金材料取代鐵與鋼材，最終實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化。

　　據(jù)達(dá)克全球（DuckerWorldwide）預(yù)計(jì)，2015年美國(guó)新車所產(chǎn)的鋁材重量約為400磅（約合180公斤），該機(jī)構(gòu)是汽車行業(yè)趨勢(shì)類數(shù)據(jù)供應(yīng)商。據(jù)該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，截止至2025年，鋁材在皮卡車身件中的占比將超過(guò)75%，在大型轎車中的占比為24%，在SUV中的占比為22%，在微型車車身及覆蓋件的占比為18%。

　　汽車中最常用到鋁材為鋁合金及擠壓鋁合金5000-及6000系列，目前薩帕北美擠壓公司等公司將重心放在提升6000系列合金，該鋁合金最具成本效益。為緊抓輕量化這一市場(chǎng)機(jī)遇，薩帕等公司還在研發(fā)其他合金系統(tǒng)。

　　研究人員在俄亥俄州立大學(xué)的精密成形中心（CenterforPrecisionForming）進(jìn)行了碰撞性能測(cè)試，其采用了兩根截然不同的B柱。前者采用熱沖壓技術(shù)，由硼鋼（boronsteel）制成，后者則采用了7000系鋁合金。兩者的測(cè)試結(jié)果相近，但鋁合金件的成本降低了近四成。

　　研發(fā)或提升鋁材制造工藝

　　通用等車企一邊引入新裝配材料，一邊要求旗下工程師研發(fā)新的制造工藝。為此，通用旗下車輛的鋁合金及擠壓鋁合金用量正在不斷上升。通用的工程師們發(fā)現(xiàn)，相較于低碳鋼，上述材質(zhì)彈性好、易于加工、耐腐蝕性較強(qiáng)。通用采用擠壓鋁合金制造車架橫梁，用鋁板制造車身鈑金件，用復(fù)雜的一體式部件逐漸替代由多個(gè)部件組成的裝配件，省去了各部件的整合裝配流程。

　　據(jù)《福布斯》記者透露，新款全尺寸豪車凱迪拉克CT6的寶馬5系車型的重量輕，因?yàn)榍罢卟捎昧硕喾N材料，車輛的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件均采用鋁材，將其鋁的性能發(fā)揮至極致，提升了輕量化的應(yīng)用效果。此外，通用工程師們還研發(fā)了一款焊嘴（weldingtip），可用于鋼、鋁材料的焊接操作。這是一項(xiàng)重大的技術(shù)突破，因?yàn)楹附愉?、鋁兩種材質(zhì)難度大，主要是因?yàn)閮煞N的熔點(diǎn)溫度差別較大。

　　鋁材的其他優(yōu)點(diǎn)

　　除分量較輕以外，眾多車企之所以青睞擠壓鋁合金，原因有以下幾點(diǎn)：該材料可提升車輛的安全性，目前已投產(chǎn)的各類車型充分證明了這一點(diǎn)，由于該合金件設(shè)計(jì)精準(zhǔn)，能量吸收表現(xiàn)好。另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)在于鋁材易于回收，其材料的增值空間大。鋁密集型車輛（aluminum-intensive）可媲美傳統(tǒng)的鋼制車輛。當(dāng)車輛報(bào)廢時(shí)，由于鋁材的可回收和再利用性，還能增加了不少經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在實(shí)現(xiàn)輕量化的進(jìn)程中，車企也注意到了鎂材，其關(guān)注度持續(xù)上升。

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