汽车用新材料的研究发展状况分析研究 复合材料专业.docx

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1、汽车用新材料的研究发展状况摘要：当代汽车正朝着轻量化、高速、安全、舒适、低成本、低排放与节能的方向发展，节能、安全、环保是汽车现代化发展的三大主题。目前，汽车零部件的铝化程度与日俱增，可望在不久的将来，安全、舒适、美观耐用、轻量化、易装配和维修、易回收、节能、无污染、综合性能优良的“全铝化”汽车将得到广泛普及。汽车工业集先进的材料和先进的制造技术于一体，新材料的开发和应用是我国汽车工业发展的关键环节。同时，汽车的发展也对新材料的开发和研究提出了更高的要求。关键词：轻量化；高速；安全；铝合金；钢铁材料；镁合金；钛合金；轮毂及车身材料Researchonthedeve1opmentsituatio

2、nofnewmateria1sforautomobi1eAbstract:amoderncarismovingtothe1ightweight,highspeed,safety,comfort,1owcost,1owemissionandenergysavingdirection,energysaving,safety,andenvironmenta1protectionarethreethemesofmoderncardeve1opment.Atpresent,a1uminumdegreeofautomotivecomponentsgrowwitheachpassingday,isexpec

3、tedinthenearfuture,safe,comfortab1e,beautifu1anddurab1e,1ightweight,easytoassemb1eandrepair,easyrecyc1ing,energysaving,nopo11ution,exce11entcomprehensiveperformancea1uminum*carswi11bespreadwide1y.Theautomobi1eindustryinadvancedmateria1sandadvancedmanufacturingtechno1ogyinone,thedeve1opmentandapp1ica

4、tionofnewmateria1sisakey1inkinthedeve1opmentofChinasautomobi1eindustry.Atthesametime,thedeve1opmentofautomobi1eistheresearchanddeve1opmentofthenewmateria1putforwardhigherrequirements.Keywords:1ightweight;highspeed;safety;a1uminuma11oy;ironandstee1materia1s;magnesiuma11oy;titaniuma11oy;hubandbodymate

5、ria1X前言现代汽车工业是国民经济中的重要支柱产业口司。随着社会的发展及人们对高质量生活的追求，汽车已成为现代化物流及人们提高生活质量的重要工具。在新的世纪，愈来愈多的国家都以发展经济提高生活质量为重要任务，从而促使汽车工业的飞速发展。1970年全世界汽车年产量不到3500万辆，2011年达7500万辆，其中，轿车产品占75%80%未来随着中国、印度、巴西、非洲等发展中国家的高速发展，必然进一步推动汽车工业的发展。据国务院中心预测，20012014年的15年间全球汽车市场总规模将增长39%,年销售量达9000万辆以上。汽车工业早已成为发达国家和地区国民经济的支柱产业，并带动着冶金、石化、机械

6、、电子、城建、能源等许多相关行业的迅速发展。中国的汽车工业从1953年到现在已有50多年的历史，前30年以生产中型载重汽车为主，载货车占汽车总产量的85%-90%.1980年代末，我国加快轿车的发展，到2000年轿车的产量上升到55万辆，约占汽车年产总产量30%。据中国汽车工业协会提供资料，2004年我国生产汽车507.05万辆，客车123.95万辆，轿车231.63万辆。汽车总产量居世界第四，已接近德国。2006年产量达730万辆。其中乘用车达71%,基本接近世界汽车发达国家水平。汽车总产量超过德国，位居世界第三，而销售量达721万辆，超过日本，位居世界第二。轿车约为360万辆，约占汽车总产

7、量的49%。2011年我国汽车产、销量双双突破1900万辆，稳居世界第一，成为我国重要支柱产业之一。我国汽车工业经历了50年的建设和发展，逐步成为国民经济的支柱产业。20世纪80年代以前，我国主要生产中型卡车。80年代以来，我国先后从德国、法国、美国、日本等国家数十家公司引进汽车生产技术，其中一汽奥迪、上汽桑塔纳、北京切诺基、广州标志和神龙富康等车型轿车均为80年代初、中期国际水平;风神蓝鸟、广州雅阁、上汽别克等车型轿车达到了90年代或当前的国际水平。汽车工业的发展与原材料工业有着极为密切的关系。据统计，汽车的生产成本中，原材料约占一半左右。图1是德国汽车生产成本分布图，材料成本为53%,占一

8、半以上。因此，合理、经济的材料选择，对汽车厂的效益至关重要。图1德国汽车生产成本分布图从法规和市场的角度来看，要求汽车向低能耗和清洁排放方向发展，而低能耗和清洁排放都与汽车轻量化有着直接关系。汽车轻量化要求汽车材料高强度、高性能、耐腐蚀、易加工、工艺成本低，这也是汽车材料的主要发展方向。自1975年以后，汽车重量不断降低。最近几年，由于轿车向多样化和高级化方向发展，采用了多种先进装置，因此轿车重量范围扩大，在130-190Kgm2范围内。新型装置的添加，对汽车材料减轻重量提出了更高的要求。我国有数百家汽车厂,汽车生产的特点是生产批量小、型号多，所需材料品种多达4200余种。2002年以来，我国

9、汽车产销量快速增长，已达到300万辆/年的生产和销售规模，汽车工业已经成为我国经济发展最快的行业之一。当代汽车正朝着轻量化、高速、安全、舒适、低成本、低排放与节能的方向发展，节能、安全、环保是汽车现代化发展的三大主题。为了减轻重量、提高速度、节约能源，减少汽车尾气对空气的污染和保护日益恶化的臭氧层，铝材很快进入了汽车工业领域。目前，汽车零部件的铝化程度与日俱增，可望在不久的将来，安全、舒适、美观耐用、轻量化、易装配和维修、易回收、节能、无污染、综合性能优良的“全铝化”汽车将得到广泛普及。汽车工业集先进的材料和先进的制造技术于一体，新材料的开发和应用是我国汽车工业发展的关键环节。同时，汽车的发展

10、也对新材料的开发和研究提出了更高的要求。汽车工业经历了100余年的发展历史,已经从最初的简单代步工具演变成集当代科技精华于一身的高科技产物。越来越多的新材料及新工艺的出现,使得人们对汽车轻质化、低成本、智能化,高的经济性和可靠性的要求成为可能。因此,材料与技术的发展对汽车工业的进步有着不可磨灭的贡献。汽车材料是汽车品质的基础,而汽车技术的发展在很大程度上依托于汽车材料的发展。要研制更经济、更能够适应各种环境的汽车,科技含量高的合成材料是必不可少的巴叫2国内外汽车用新材料发展状况2.1国外汽车用新材料的发展现状与趋势当前世界汽车材料技术发展的主要特征如下：(1)轻量化与环保是当今汽车材料发展的主

11、要方向；尽管近阶段钢铁材料仍保持主导地位，但各种材料在汽车上的应用比例正在发生变化。主要变化趋势是高强度钢和超高强度钢、铝合金、镁合金、塑料和复合材料的用量将有较大的增长，铸铁和中、低强度钢的比例将会逐步下降,但载重车的用材变化不如轿车明显；(3)轻量化材料技术与汽车产品设计、制造工艺的结合将更为密切，汽车车身结构材料将趋向多材料设计方向；(4)更重视汽车材料的回收技术；(5)电动汽车、代用燃料汽车专用材料以及汽车功能材料的开发和应用工作不断加强。减轻汽车自身质量是降低汽车排放、提高燃油经济性的最有效措施之一。世界铝业协会的报告指出，汽车的自身质量每减少10%,燃油的消耗可降低68%,根据最新

12、资料,国外汽车自身质量同过去相比减轻了2026%.预计在未来的10年内，轿车自身质量还将继续减轻20%。铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料和高强度钢、超高强度钢等轻量化材料的开发与应用在汽车的轻量化中将发挥重大作用。可以看出,尽管钢铁材料在当前仍然占主导地位，但其份额却在逐年减少,而铝合金、镁合金、塑料等轻量化材料的用量则呈持续上升的趋势。在最近投产的某些新车型中,钢铁材料的比例更低，例如在奥迪A2中,钢材的比例仅为34%,轻质材料则高达52%o国外开发的全铝车身已经在AUDIA8、BMWZ8、FERRARI360等很多车型上使用，甚至全铝发动机、轮毂都已经开始实际应用。虽然联邦政府和欧共体有

13、多种与材料有关的研究项目,但整体上主要还是体现在墓础研究方而。从汽车行业的应用性研究来讲,主要依靠企业的自身力量，这与美国汽车行业的情况很不相同，后者可从国家得到各种资助。不仅如此，德国政府在支持、促进和推广新材料在汽车行.业的应用以及采用新材料的汽车的生产、销信等方而也没有任何鼓励的政策与措施。虽然从长远战略上说,汽车采用新材料具有多种重要意义,但就口前的实际而言,首要目的是减轻重量、提高效率、降低能耗、减少环境污染。从根木上来讲,汽车减轻屯量很有好处,既可增加使用面积,又可节省燃料消耗,减少环境污染。汽车能耗的70%与汽车重量有关，如中型轿车的自重每减少100公斤,每百公里的燃料消耗就可减

14、少0.4公升。此外,自重减轻对加速和弹性等行驶效率也有积极影响,同时可使转动和振动部件的噪音明显降低。试验证明,假如负荷是单轴的或者在结构上可以沿纤维方向伸展的话,纤维强化的材料明显比金属优越。近年来,虽然日本汽车工业由于各种原因而陷于持续的不景气状况之中,但各汽车厂商从长远利益出发,仍继续着各种汽车用新材料及其相关伎术的研究开发,并取得品些进展。总的来看,这一领域研究开发的重点主要集中在三个方面。一是大力开发各类“低公害车所需材料；二是继续发展汽车以铝、塑等代钢技术；三是提高汽车用材料再生利用率。一、“低公害车”所需材料的发展状况随着全球环保呼声日益高涨,电动汽车、甲醇汽车、天然气汽车等不以

15、汽油为动力源的所谓“低公害车展现出诱人的发展前景。但是,目前这类汽车离实用化都还相距甚远。其有待解决的主要问题之一就是所需的各种材料技术尚未过关。在被认为是最理想的“低公害车”的电动汽车的研究中,目前面临的主要课题仍然是车体的轻量化和蓄电池的高性能化，而这都与材料技术密切相关。在东京电力公司和日产汽车公司分别开发的高性能电动汽车的概念车IZA和FEV,为了减轻车休重量,外板均采用了碳纤维强化塑料,底盘均采用了各种招合金材料。然而,这两种概念车的开发者一致认为,对批量生产而言,采用昂贵的CFRP材料是不现实的。出路在于能多大程度地采用铝合金材料。比车体轻量化更为重要、也更为复杂的问题是蓄电池的高

16、性能化。在IZA和FEV中采用的是银镉电池,它是已能实用的各种蓄电池中能量密度高的。但因镉资源很少,故对大批量生产电动汽车并不合适。据日本通产省估计,全球镉储藏量仅约97万吨,只能供制造1000万辆电动汽车使用。二、铝、塑代钢技术发展状况从80年代起,主要为了减轻汽车重量以降低耗油量、节约能源、保护环境，在汽车制造中以铝、塑代钢技术开始发展起来，但至今仍未出现成热的批量生产车型。其重要原因是以铝、塑代钢并不仅仅意味着材料的替换，还意味着汽车的设计、加工、装配各个环节都必须进行大幅度的更动，因而风险很大。目前,除马自达公司外,日本各大汽车厂商都还只在少量零部件或特殊车种（如运动车）试制中应用铝、塑代钢技术。三、汽车用材料再生利用发展状况为了节省资源、保护环境，日本于1992年10月开始实施“关于促进再生资源利用的法律”。汽车是该法律适用对象之一,要求制造商在设计阶段就对再生利用作出评价,并从材料、结构、拆分等各方面进行积极研究