探討：車用有色金屬新材料的應用及發(fā)展
新材料對高科技和新技術具有非常關鍵的作用，是發(fā)展高科技的物質基礎，掌握新材料是一個國家在科技上處于領先地位的標志之一。汽車材料的發(fā)展是汽車 技術發(fā)展的重要方面。材料是汽車質量保障的基礎，是研制更經濟、更安全和更輕便汽車的關鍵一環(huán)。本文對高性能鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金材料、復合材 料在汽車工業(yè)等領域中的應用與發(fā)展進行了分析。
1．鋁合金材料
鋁合金是汽車上應用得最快最廣的輕金屬，其中的關鍵在于鋁合金本身的性能。由于它具有高強高韌、高比強高比模、耐熱耐蝕等特性一直受到世界各國 的普遍重視。目前車用鋁合金已經得到廣泛使用，鋁合金發(fā)動機也屢屢出現(xiàn)。德國奧迪汽車公司在1999年推出的奧迪A2，以全新的輕量化結構，成為世界第一 款大批量生產的全鋁轎車。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度鋁結構支撐，空間構架由真空壓鑄接頭的擠壓成型 段組成，這兩者結合成很輕的鋁合金車身。從前項柱到行李艙邊，包括車門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，這是一種用于飛行器結 構的高難技術，它能夠復合加強并改變材料厚度。由于奧迪A2采用ASF空間結構，使車身重量比傳統(tǒng)鋼制車身輕40％以上，只有895公斤。美國、俄羅斯、 西歐等國已開發(fā)了具有高比強度、比模量的一系列第二、第三代A1-Li合金，廣泛應用于各種先進的航空或航天飛行器、低成本發(fā)射裝置、超輕油箱計劃以及重 復使用的航天器核心計劃中。多種連續(xù)纖維增強鋁基復合材料，如B／AL、SiCp／AI、C／AI等復合材料，已在一些工業(yè)發(fā)達國家開始了工業(yè)化生產及應 用。世界各國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發(fā)各種性能的非連續(xù)增強鋁基復合材料。美國是世界上鋁及鋁材生產和消費量最大的國 家。在裝備、技術水平、產品質量等各方面，在全員勞動生產率方面都居國際先進水平。我國已經建立了比較完整的鋁合金研究和生產體系，鋁及鋁合金材料產能達 到450萬噸，實際綜合生產能力約350萬噸�？缮al8大類，200多種鋁合金，2400多個品種，14000多種規(guī)格的鋁及鋁合金加工產品，基本能滿 足國民經濟需求，但高性能、大規(guī)模航空用預拉伸鋁合金板、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不到國際先進水平，尚不能滿 足需要我國高性能鋁合金的研究開發(fā)和生產基本上是跟蹤國外技術基礎上發(fā)展起來的， 已能生產多種牌號的高性能鋁合金并用于我國航空航天工業(yè)。我國的西南鋁業(yè)公司建成了鋁鋰合金專用熔鑄生產線；建造了具有國際先進水平的噴射成形大尺寸棒 坯、管坯、板坯中試生產設備；對連續(xù)、非連續(xù)纖維及顆粒增強鋁基復合材料開展了大量研究，取得了一定成果，在軍工關鍵部件上獲得應用。我國鋁合金研究開發(fā) 與國際先進水平的主要差距表現(xiàn)在：沒有完全建立結合我國資源特點具有獨立自主知識產權的鋁合金系列：熱處理和加工工藝研究不夠深入，嚴重影響鋁材的品種發(fā) 展；材料生產成本過高，缺乏國際競爭力；關鍵設備不配套，重復建設問題突出；基礎研究薄弱，研發(fā)力量不夠。
2．鎂合金材料
鎂是一種輕質的銀白色金屬，在鎂材中添加一些其它的金屬元素，例如鋁、鋅或者鋁、錳等，它就會改變了自己的特征，變成了一種具有較高強度和剛 度，具有良好鑄造性能和減振性能的輕質合金材料，這些鎂合金材料在現(xiàn)代汽車中已得到廣泛的應用。早在20世紀30年代大眾汽車就使用了鎂合金，后來由于鎂 的價格上升才停止了使用。80年代初，由于采用新工藝，嚴格限制了鐵、銅、鎳等雜質元素的含量，使鎂合金的耐蝕性得到了解決，同時成本下降又大大促進了鎂 合金在汽車上的應用。從90年代開始，歐美、日本、韓國的汽車商都逐漸開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、轉向 盤和轉向柱、輪圈、發(fā)動機氣缸蓋、變速器殼、離合器殼等零件，其中轉向盤和轉向柱、輪圈是應用鎂合金較多的零件。隨著技術的發(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的：一是它的質量輕，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，提高汽車的安全性和舒適性。鎂合金 雖然有這些優(yōu)點，但從成本上看它仍然高于鋁合金。盡管如此，鎂合金的應用前景仍然十分看好。美國、德國、澳大利亞等國都投資數(shù)十億美元，實施各自的鎂工業(yè) 研究開發(fā)計劃，擴展鎂合金在汽車上的應用；福特汽車公司已開始用鎂合金來制造懸架零件、制動盤和制動鉗等；而日本1990年每輛汽車用鎂量僅5公斤，預計 2000年底將增至210公斤，占汽車重量的25％，僅次于鋁材而超過鋼鐵的重量。近幾年我國開發(fā)了具有自主知識產權的系列鎂合金專用壓鑄機以及鎂合金熔 煉系統(tǒng)，國內市場占有率已達到40％；已開發(fā)出8類3c產品和汽車、摩托車零部件，并已實現(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％、具有自主知識產權的低成本鎂中間合金，為開發(fā)汽車動力、傳動系統(tǒng)所需抗高溫蠕變和耐腐蝕鎂合金奠定基礎。我國鎂工業(yè)當前與國際水平的主要 差距是：高強、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研究開發(fā)落后；鎂合金基礎理論研究不充 分；鎂合金材料的應用開發(fā)起步較晚，應用市場急待開發(fā)。
3．銅合金材料
美、日、歐盟、俄羅斯等國為適應電子信息產業(yè)和眾多高新技術的發(fā)展，一直把高強高導銅合金作為研發(fā)的重點。國際銅合金技術發(fā)展主要集中在：超大 規(guī)模集成電路引線框架用高強高導銅合金及其先進制備和精密加工技術，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業(yè)化生產規(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。我國銅合金材料已形成了較完整的研 究開發(fā)和生產體系，基本上能研究開發(fā)、試制、生產我國工程和高新技術發(fā)展所需的新型銅合金材料。在高精度銅材加工技術方面，已研制開發(fā)出厚度為 0．05mm以下的汽車水箱用超薄銅帶加工技術和產品，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和產品，成功地開發(fā)出空調器用銅合金空調管；采用擠壓一軋制一拉伸工藝研究開發(fā)出外矩內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和產品；在特殊銅合金材料方面，已成功研究開發(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銅、貨幣銅合金材料。當前與國際水平的主要差距是：高強高導精密銅合金材料基礎研究薄弱，研究缺乏系統(tǒng)性；精密加工技術落后，尚 不能規(guī)�；a超薄銅帶；制備方法原理與技術研究落后，先進制備技術研究差距更大。
4．鈦合金材料
鈦材料的輕質、高強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：美國利用鈦合金制作進、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減輕發(fā)動機重量最有效，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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