汽车与新材料的技术发展

汽车材料的发展是汽车技术发展的重要方面。材料是汽车质量保障的基础，在研制更经济、更安全和更轻便的汽车中，是关键的一环。汽车材料与汽车制造成本和耐用程度密切相关，现代汽车的技术进步，很大程度就是材料技术的进步。所以说新材料新工艺对于汽车行业的发展是至关重要的。

随着科学技术的飞速发展，现代汽车制造材料的构成，发生了较大的变化，高密度材料的比例下降，低密度材料有较大幅度的增加，可以说，从90年代开始，汽车材料向轻量化、节省资源、高性能和高功能方向发展。

汽车材料技术发展的主要特征

要了解当今汽车方面新材料的应用，就必须对当今汽车发展对材料的要求有了解。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要方向

2、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、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

汽车制造的金属材料

长期以来，钢铁一直是构成汽车的主要材料，在汽车用钢中，合金钢比例较高。国外不少汽车采用含有Cr、Ni、Mo等元素的结构钢和含Co量很高的永磁材料，而这些元素的资源都比较稀缺，节约合金资源成为指导汽车材料开发和应用的方针之一。

汽车的车体钢板，以前使用的是容易成型的软质钢材。为适应轻量化的需求，开发了高张力钢板。这种钢板具有成型性好、强度高，并可使板厚减薄的优点。高张力钢板是在原有钢板基础上添加固溶强化型元素（硅、锰等）和析出强化型元素（铌、钛等），并在钢铁厂退火炉内连续退火而得到。它有着屈服点低、复合成分多的特点。

新型弹簧钢

新型弹簧钢主要指汽车悬挂系统的弹簧用钢，目前用的最广的钢板弹簧是Si钢，其性能基本上能满足使用要求。

近年来，变截面少片弹簧在汽车上的应用越来越多，使用这种弹簧可以节约1/3左右的材料，并使汽车的平顺性等性能得到改善，同时有显著的技术经济效益，但其生产工艺发生了相应的变化，含Si量较高的弹簧钢具有较高的脱碳倾向，故应发展低Si或无Si的弹簧钢，以满足生产的需要。

微合金非调质钢

在钢中加入微量V、Ti、Nb等元素，经锻造或轧制冷却后析出碳化物或碳氮化物而达到强化，可以减少热处理工序和设备，避免热处理变形和淬火裂纹造成的废品，降低能耗和生产成本。

高强度钢板

采用高强度钢板，既可以减少汽车车身的质量，又可以提高汽车的安全性和可靠性，含磷深冲压高强度钢板主要应用在车身、驾驶室上的深冲压件，使用得当，可降低材料消耗10%，双相钢板其有较低的屈服强度和高的加工硬化能力，比较适于制造变形程度大的冲压或拉延深件，根据成型特点，可使零件质量减轻30%-60%。

铝合金材料

铝合金材料也是汽车材料发展的趋势之一。美国正积极推广铝制进气管、发动机、变速器箱盖、离合器壳、电气零件和其它零件。

塑料

塑料原来只适用于低应力的零部件和内部装饰，随着各种纤维增强塑料的发展，它在车身结构的各种受力构件和承受发动机振动的部件上的应用越来越多。

镁合金材料

镁比铝更轻，且资源丰富。对于易氧化的镁，由于已开发出效率高的锻造工艺，使镁的制造成本下降，但其精炼能源为电力，所以其成本比铝高。镁能否在汽车零部件上大量使用，镁和铝和价格成为关键。

从表面上看，镁似乎比塑料造价更昂贵，但镁有其独到的优势。镁不要求均匀的壁厚，可简化压制成型工艺并能达到机械性能；压铸件能保持接近5μm的公差，螺纹易于加工；更重要的是，零件有较好的尺寸稳定性。由于镁的强度高，韧性好，所以需要的材料更少，因而更经济。因此，镁也将成为汽车材料的一大发展趋势。

泡沫金属在未来汽车中的应用

制造从泡沫塑料在建筑中广泛使用中得到启发，科学家们考虑在汽车业中使用“泡沫金属”。目前汽车工业是消耗金属最多的工业之一，金属制造业虽然能生产2500多种性能各异的钢材和千百种有色金属，但仍然满足不了汽车制造业的特殊需要。如果“泡沫金属”能研制出来，它将成为未来汽车的最佳材料，这种泡沫金属零件的结构是：外表用薄钢制成，中心则用泡沫金属填充。

为了提高汽车的安全性和可靠性，需要从设计上、制造上，特别是材料方面考虑。例如，提高汽车结构材料的强度和韧性，使之更坚固可靠，一旦发生撞车、翻车等交通事故时，能最大限度地减轻损伤程度，保证人员的乘车安全。与此同时，大力发展各种汽车用的具有特殊功能的材料，以提高汽车的自控能力，进一步改善汽车性能。

随着国内汽车产量的不断增长，汽车产品档次的不断提高，对汽车保险杠专用材料的国产化研究也进入了一个较快的发展时期，其中聚丙烯汽车保险杠专用材料的研究、开发是一个重点。目前，国内聚丙烯汽车保险杠专用材料主要以PP为主材，并加入一定比例的橡胶或弹性体材料、无机填料、色母粒、助剂等经过混炼加工而成。

其他材料

平均起来，一辆现代化汽车包含两吨以上的硅树脂。在方向盘兜帽下、在车厢内、在电子器件中、在壳体接缝处，无论在任何需要被包覆、密封或填充的地方，硅树脂始终是首选。而且，汽车用皮革和纺织品越来越多的用硅树脂作表面涂层，如此可以达到符合特定要求的表面性能。

随着对新材料性能优化的探索，汽车内部用硅橡胶涂层的装饰件正日益增加。硅橡胶适用于对机织物、费织造材料或针织物的涂层。由于它具有高达90%的伸张率和能更好地耐高温性能，因此可以承受所有的加工。

国外对塑料汽车保险杠的研究起步较早，20世纪60年代就已形成商品化生产规模，当时主要选材为PU和PC/ABS合金，进入20世纪80年代后，PP改性材料成为制作保险杠的首选材料。欧洲保险杠大部分采用可注射成型的EPDM改性PP材料，20世纪90年代初，欧洲有85%保险杠用EPDM改性PP制作，1995年提高到95%。

日本在塑料保险杠的开发方面是始终处于世界前列，20世纪90年代日本大约80%的保险杠用改性PP制成。日本窒素公司开发了一系列用于汽车保险杠的高结晶PP，日本本田CR-X型汽车是世界上较早采用注射模塑法生产改性汽车保险杠的汽车。日产汽车公司和三菱油化公司也研制出由PP嵌段共聚物、苯乙烯弹性体和聚烯烃系乙丙橡胶3种组分配成的新材料制作的保险杠。

当然随着科技的发展，还有很多的新材料正在被研究运用到汽车上，比如碳纤维材料、钛合金还有其他的复合材料，但由于成本问题，目前很难突入到实际生产上，只能停留在实验室阶段。希望随着对其他新材料的不断研究和发现，我们在汽车行业的发展速度将达到质的飞跃。