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这个被命名为超强纳米陶瓷铝合金的,了10年车展的汽车记者

点击: 114 次  来源:http://www.shabbyhome28.com 时间:2020-03-13

1.上海交通大学研制出超强纳米陶瓷铝合金新材料

一、概述

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铝里还能“长”陶瓷?日前,上海交通大学材料科学与工程学院教授王浩伟领衔的科研团队给出了答案:他们让铝里“长”出陶瓷。这个被命名为超强纳米陶瓷铝合金的“大力士”强度和刚度可以超过钛合金,但体重却是金属家族中的轻量级。专家预测,纳米陶瓷铝合金将带动航空、汽车、高铁等步入更轻、更节能的新材料时代。

随着我国经济不断的发展,人民的生活越来越好,汽车行业迎来了几十年的高速发展期。然而汽车急剧增多的同时,也给环境和社会带来一系列的问题,其中环境恶化的主要制造者之一就是汽车尾气,因此汽车行业在保持高速发展的同时,也需要不断创新。汽车行业科技创新涉及新材料技术、新信息技术、新能源技术、新装备技术等,汽车正沿着智能化、轻量化、低碳化的方向快速发展。

“如果新发布的概念车,不弄个全碳纤维车身,都不好意思叫咱来报道。”一位“跑”了10年车展的汽车记者,在2018北京国际车展某品牌发布会现场,戏谑地感慨。

2.肯联铝业研发高强度车用铝合金HSA6荣获2017年度“AltairEnlightenAward”大奖

在汽车新材料领域,目前众多全球顶尖科技材料企业均大力加强与汽车相关的前沿技术和新材料的研发。本文对新材料在汽车中的应用加以归纳和整理。

纵观本届北京国际车展,对于未来汽车身上的“标签”,除了新能源、智能网联和无人驾驶,黑灰条纹特征的碳纤维车身和内饰,绝对是标配之一。而说到趋势,后者所代表的“轻量化”技术则更具有现实意义。

据外媒报道,肯联铝业(ConstelliumN.V.)研发了新一代高强度6000系铝合金—ConstelliumHSA6,旨在满足车企对轻量化铝材日益增长的需求。对于碰撞管理系统、白车身结构件及电池外壳而言,ConstelliumHSA6铝合金属于十分理想的材料,便于设计师们优化挤型并降低其壁厚。相较于传统的铝合金材料,ConstelliumHSA6铝合金还可实现减重15-30%。此外,该款铝合金材料还能将强度提升15-30%,可在碰撞发生时提升车辆的防护能力、强化电池的防护能力、有助于电池系统及其他关键的车辆系统的冷却。该款铝材还能够在碰撞发生时吸收动能,为车内用户、行人提供保护,最大限度地确保车辆外观完整性。

汽车所用的材料可反映人类在材料领域的技术发展水平。车用主要材料如钢﹑合金﹑塑料﹑铝﹑橡胶﹑玻璃等6类,约占汽车质量的90%,其他材料包括涂料、有色金属(镍、铜、铅、锌、锡等),车中装备的燃料,汽车用电池(包括新能用汽车用锂电池)、面漆、纤维等其他高分子复合材料。

随着排放规定的日益严苛以及燃油经济性的强制性需求,除了在动力方面下功夫外,为车辆尽可能减重“瘦身”,也成为车企一项重大任务。记者走访新老国展整车及零部件展区发现,铝镁合金、碳纤维、高性能塑料等轻量化材料的使用,已成为实现整车减重的一个有效手段。

3.日本研发高强度镁合金件未来或将用于车身件

近几年汽车行业中新材料的研发和应用已经成为研究的热点,新材料的研发和应用主要分为以下3个方面,分别是汽车轻量化材料、汽车用纳米材料、其他功能性材料。

车身“瘦身”轻量化比重加大

据外媒报道,日本国立物质材料研究所(NationalInstituteforMaterialsScience,NIMS)的研究团队与国立长冈技术科学大学(NagaokaUniversityofTechnology)共同研发了新款高强度镁合金板(Mg–1.1Al–0.3Ca–0.2Mn–0.3Zn)。相较于某些车企当前车身钣金件所采用的铝金属薄板(aluminumsheetmetal),其常温下的成型性能相当出色。经热处理后,该款镁合金的强度比铝合金高,其仅用到常见的金属材料,未来或将成为一款低成本的轻量化车用薄板。

二、汽车轻量化材料

也许是智能网联和无人驾驶技术更能吸引观众的“眼球”,轻量化技术并非车企宣传的重点。寻遍新国展整车展区,体现轻量化设计元素的展品,除了停留在概念阶段的“未来”汽车,在量产车上则并不突出。但仔细阅读各品牌发布的新车资料便会发现,加大轻量化材料的使用比重,已成为行业常态。

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根据中华人民共和国环保部公布的《中国机动车环境管理年报(2017)》:我国已连续8年成为世界机动车生产和销量第1大国,机动车排放的尾气已成为我国空气污染和雾霾的重要来源,尤其在是机动车密集的城市地区,机动车尾气污染占比更大,污染防治的紧迫性显著。

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4.碳纤维增强复合材料制备──针对轻量化设计的技术创新

解决汽车尾气污染的一个重要路径就是汽车轻量化材料的使用。目前汽车轻量化的主要措施是用密度低的轻质材料取代钢铁,可用轻质材料有碳纤维、铝、镁、钛、塑料、其他复合材料等。所谓汽车的轻量化,指在保证汽车的强度和安全性能的不降低的条件下,尽可能地降低汽车的整体质量,提高汽车的动力性能,进而减少汽车燃料的消耗,降低汽车排气污染。有实验结果表明,汽车整车质量降低10%,汽车燃油效率可提高6%~8%;汽车整配质量每减少100kg,百公里油耗可降低0.3~0.6L。在环保形势日益严峻和汽车节能的需要,汽车轻量化材料的使用已经成为世界汽车发展的一个主要方向。

在北汽集团展台,北汽新能源ARCFOX子品牌的首款量产车——LITE,成为车展上为数不多的展现轻量化技术的代表。作为第一个采用全铝合金轻量化车身+笼式框架设计的小型车,LITE通过一系列的结构优化、材料及成型工艺优化、连接技术优化,保障整车可靠性和安全碰撞性能的同时,同等性能重量降低了1/3,可有效提高续航里程,提高整车经济型。而在此之前,在北京的798艺术广场,一段LITE车型车身在28个气球的托举下飞向蓝天的试验,就已经刷屏了朋友圈。足以看出,厂家将这款车打造成为轻量化设计的标杆的雄心。

碳纤维复合材料给了工程师几近无限的设计瞎想,其作为一类创新的设计方法,特别针对研发轻量级产品有着重大的意义。然而,各类复合材料的性能迄今仍不能与碳纤维复合材料的高承载性能相当。CIKONI复合材料公司首先通过组合和全自动化的制造方法设计了碳纤维复合材料的结构,其中连续碳纤维增强材料纤维方向与负载路径一致,并以碳纤维作为基底结构,用于支撑压缩载荷。碳纤维增强材料通过‘目标杂交’来消除这两种技术的局限性:不但减少了3D打印部件产生的材料体积浪费,并且在加工制造过程,机器人3D绕组技术不再需要单独的工具处理。因此,对成本方面有着积极的影响。

1.碳纤维

在福特汽车展台,一辆蓝色的三厢版新一代福克斯轿车,被四根钢缆吊在空中。其整体结构上采用了轻量化设计,全新的C2平台让整车重量比上一代减轻了88公斤,并且在防撞部位使用了高强度钢板和铝质材料,车身刚性提高了20%。减重的同时提高刚性,将大大提高新福克斯的操控表现。

5.钴价格一路飙升迫使镍来替代系电动汽车电池刚需

碳纤维复合材料是目前工程上可以大规模应用比强度最高的材料,已经广泛于汽车领域。碳纤维比普通钢轻50%,强度却是钢的7倍以上,其最早用于航空、航天、船舶、军工等高科技领域。业界公认,CFRP(碳纤维增强复合材料)是目前解决燃油车和新能源汽车减重的最好方法,碳纤维的应用可使汽车减重30%~60%,被誉为“轻量化之王”,是汽车“瘦身革命”的领导者,在汽车轻量化方面发挥着关键作用。

除了普通轿车,部分重量级车型也展现了“瘦身”的决心。如JEEP牧马人越野车,此前的高油耗一直被车主所诟病。而在今年的北京国际车展上,全新JEEP牧马人虽未采用此前媒体披露的全铝车身计划,但车身大面积采用轻量化高强度镁铝合金材质,使其比之前的铁质材料牧马人车型减重91公斤,进一步提升了燃油经济性以及日常操控性。

钴价格一路飙升,促使亚洲主要电池生产商改变电动车和手机电池的原料配比,减少钴的用量,同时增加镍的含量。预计到2025年的10年间,用于电动汽车的电池需求将跳增19倍,生产商寻求降低电池中那些比较贵的成分含量。钴价格在过去一年涨了一倍多,因需求强劲而供应短缺。瑞银在近期报告中指出,电动汽车电池的需求劲增,料令镍需求自现在到2025年期间增长10-40%,具体增幅取决于镍能在多大程度上替代钴。

碳纤维复合材料目前已经在高端车、超跑、赛车、改装车、限量版车型以及少量的电动车上开始大量应用。目前,碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用主要分布在汽车车身、内外饰、底盘系统、动力系统等等。

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6.格林美9亿元增资荆门子公司加码循环经济及新能源材料

碳纤维复合材料的应用可使汽车车身减轻质量40%~60%,相当于钢结构质量的1/3~1/6,目前赛车和部分改装车大多选用碳纤维复合材料车身,在降低质量的同时,因复合材料碰撞时减少了碎片的产生,从而提高了安全性。碳纤维复合材料的使用使得轮毂质量得到降低,有助于减少车轮转动惯量,使车辆拥有更快的启动、停止以及转向速度。碳纤维复合材料制动盘可以在50m内将车速由300km/h降至50km/h。碳纤维制动盘可承受2 500℃的高温,且性能稳定。而用碳纤维做的传动轴不仅可减轻其质量的60%[1],而且具有更好的耐疲劳特性和耐久性。碳纤维内外饰材料的使用,除了汽车轻量化,还简化零件制造工艺,降低零件加工、装配、维修费用,降低生产成本。碳纤维复合材料作为汽车进气系统材料,一方面可减轻质量,达到轻量化的效果;另一方面,碳纤维材料易加工成各种曲面形状,且表面较为光滑,可有效提高进气效率。而碳纤维良好的高温性能使其在发动机领域得以应用。

作为整车馆里仅有的一家碳纤维汽车轻量化整体解决方案提供商,康得复材为本届车展的北汽集团、上汽集团、长安汽车、奇瑞汽车、观致汽车等车企提供了汽车轻量化解决方案。在康得展台上,一台拆分车体展示了其全碳纤维车身、玻纤板簧、Surface-RTM零部件等最新研发产品。值得一提的是,康得复材采用由中安信提供的碳纤维ZA50个材料生产了北汽越野车B80A引擎盖,开启了中国汽车采用碳纤维材料的先河。此前,北汽集团还与康得集团签署协议,在江苏常州合作生产碳纤维部件。

8月2日晚间,格林美公告称,公司将以自有资金9亿元增资全资子公司荆门格林美,进一步拓展其现有业务。格林美表示,本次对荆门格林美增资,有利于满足荆门格林美发展所需要的流动资金需求,进一步拓展其现有业务,提升公司在循环经济及新能源材料产业的综合实力和盈利能力。

美国通用汽车公司、兰博基尼汽车公司、宝马集团都有车型大量使用,其中宝马公司在碳纤维增强复合材料(CFRP)的应用方面处于领先地位。

部件减重 材料工艺“挑大梁”

7.南钢首单海外并购:轻量化提升汽车品质,新材料布局能源环保

2.铝合金材料

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“走出去”是为了更好地“引进来”。8月2日,南京南钢钢铁联合有限公司利用自有资金完成对德国汽车轻量化解决方案提供商科勒公司的控股收购,科勒成为复星体系内的第一个控股汽车供应商企业。此项交易是南钢的首单海外并购。

与汽车用钢铁材料相比,铝合金型材具有密度小(2.72g/cm3)、比强度高、抗冲击性能好和高的可再生回收利用率,已经逐渐被汽车行业内公认为是汽车轻量化过程中最有前途的金属材料之一,因此铝合金受到了产业和企业的广泛关注。

除了一副“瘦了身”的车身骨架,关键零部件上新材料、新工艺的使用,同样能起到整车轻量化的作用。如今,注塑材料替代钢材使用在汽车保险杠上,已被大众所熟知认可,而陶瓷、树脂,甚至生物材料也逐渐出现在汽车零部件的原料采购清单上。

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铝合金主要的有以下5大优点:①使用铝合金材料的汽车比使用传统钢铁材料的汽车质量降低四成左右;②使用铝合金材料的汽车,具有更高的安全系数;③和同级别同等条件下采用传统材料的汽车相比,能耗减少近50%;④铝合金有更高的资源回收率和再生利用率,有效的减少资源浪费和对环境的污染;⑤使用铝合金制作的汽车在尾气的排放上明显降低,用铝合金制作的新能源汽车续航里程更长。因此,加快对铝合金材料的研究,能够促进汽车行业快速向前发展。

在老国展零部件展区,北京海纳川公司聚焦“以塑代钢、轻量化铸铝、高强钢热成型”三大方向,展出了近年来为主机厂提供的多种轻量化零部件产品。在现场,塑料尾门总成、轻量化差速器、铝合金减震塔、镁合金轮毂、热成型变截面B柱等最新成果集中亮相。其中,采用轻量化技术的A柱和扰流板支架,减重效果卓越、强度高,已经分别应用于奥迪TT及保时捷911等车型。轻量化的副车架,采用国际领先的高强度钢热成型技术,优化了整车纵向碰撞性能,搭载于宝马2系和MINI品牌车型。

8.钢材PK铝材谁将占据汽车轻量化主导地位

3.镁合金材料

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据外媒报道,如今各大车企纷纷继续加大材料研发费,旨在研发新款合金及材料,同时提升其性能表现。此外,车企还纷纷改善其最新的焊接及成形技术,为各类材料及合金的制作提供支持。这类投入都有一个相同的目标:在实现轻量化的同时降低排放量。由于汽车行业将要满足越发严苛的排放标准,最佳应对方式无疑是减轻车身重量。为此,需要结合使用各类铝合金及高强度钢、镁、复合材料及各类塑料。未来铝材将在大型车(SUV、卡车、皮卡)的用材方面占据主导地位,而先进高强度钢将在小型车用材中占据主导地位。

镁合金是汽车轻量化的另外一种理想材料。它具有密度低(1.74g/cm3)、比强度高、韧性好、阻尼性好、可铸性高等优良性能,把镁合金做成汽车结构件,可以有效减轻汽车质量,进而大幅提高汽车各项性能。此外镁合金的减振系数远高于钢铁和铝合金,具有优异的抗冲击性能。镁合金的散热性好、导热率高,有优良的抗电磁干扰特性。镁合金自动化生产能力和模具寿命高、尺寸稳定,作为最轻的工程材料,镁合金不仅是最适合铸造汽车零部件的材料,也是最有效的汽车轻量化材料。

在新国展零部件展区,日系零部件企业集中展示了其在材料工艺方面的传统优势。丰田合成公司通过燃料管和水管部分金属的树脂化,实现40%-50%的减重。将附属部件,如金属的连接支架、管道等树脂化,且一体化注塑成型,从而简化部件结构,降低成本。同时,运用水压辅助注塑工艺,可实现复杂的管路形状。

9.高端消费需求推动汽车内饰材料市场

另外地球上镁金属的储量十分丰富,约占地球地壳2.7%(质量),其开采寿命分别为铁(Fe)和铝(Al)元素的20倍和4倍。此外我国镁储量巨大,已探明的约占世界70%的储量,白云石(制造镁合金的基础原材料)储备已经超过70亿t,远远高于其他国家,我国大力发展镁合金产业对我国意义重大。我国单车用镁量仅为1.5kg,欧洲单车用量已达14kg,成长空间巨大。

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对于消费者而言,汽车内饰件的美感、舒适度、降噪减震性能变得越来越重要。根据CoherentMarketInsights最新发布的一份报告,至2024年,全球汽车内饰件材料市场将见证巨大增长。Coherent指出,在这个不断增长的市场中,汽车制造商需要提供高水平的定制化服务,来满足消费者的需求,利用好高端消费者的购买力。“到目前为止,越来越多的消费者倾向于购买具备高档车特征的汽车。”分析报告中说道。而汽车轻量化要求的提高也推动着制造商更加关注合适的内饰件材料。

在汽车上使用镁合金较多的国家主要是美国、日本、欧洲等发达国家。德国在汽车用镁合金领域一直处于世界领先地位。早在20世纪30年代,大众汽车就开始使用镁合金作为汽车的结构件材料。奥迪和奔驰也在大量使用镁合金作为汽车材料。

丰田纺织公司展出了其为丰田TNGA平台首款小型SUV C-HR打造的兼具轻量化和高强度的强排座椅。通过更薄的钢板实现轻量化,通过修正骨架结构提高安全性能。较原有产品,其座椅实现了重量降低20%、强度增加20%。而其生产的本内板等内饰件,还运用了洋麻纤维增强材料。例如,全新BMW X1门板采用植物材料洋麻作为基板,通过减少树脂材料的使用,并采用一体成型工艺。减重的同时,还可最大程度减少化学制品的使用,以此改善汽车室内空气质量。

10.梅赛德斯-奔驰首次使用3D打印生产金属部件

4.高强度钢合金

未来十年 汽车仍是“钢”天下

拉斯维加斯3499 ,日前从海外媒体获悉,梅赛德斯-奔驰(mercedes-benz)在制造业转型中又迈出了重要一步:使用3D打印技术生产出了金属部件。不仅如此,梅赛德斯-奔驰表示,该环节通过了所有严格的质量测试。随着技术的发展,梅赛德斯-奔驰设想了一种未来。在这种未来中,特殊部件可以快速复制,为经典车型打造出更高的标准。在组装生产线关闭以后,3D打印机可以使稀有或者不知名的汽车部件的生产变得更容易。而另一个好处就是仓库的储备和复杂的运输将几乎被按需的3D打印的机械组件所淘汰。

当前,大多数汽车制造商致力于降低车身质量,轻量化是汽车节能减排最有效的途径,然而,汽车强度和安全性也不容忽视。先进高强度钢因其独特优势,可满足汽车行业提出的上述要求。先进高强度钢的强度高,在车身的设计及应用上可以合理减薄,在确保安全性的前提下达到减重效果。

有数据统计,如今生产一辆普通轿车,其主要材料的重量构成比大致为:钢铁65%-70%、有色金属10%-15%、非金属材料20%左右。而在轻量化趋势的影响下,各种新型材料,如轻金属材料、复合材料等将越来越多地应用于现代汽车制造过程中。

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高强度钢板是在普通碳素钢的基础上,在制造的过程中加入少量合金元素(锰、Al等),生产的特殊钢材。这种特种钢板的制造成本与普通碳素钢接近,但合金元素(锰、Al等)的强化作用使其抗拉强度比普通钢板有显著的增长。

然而,在2016年中国汽车工程学会发布的《中国节能与新能源汽车技术路线图》中,对于轻量化材料的发展目标提到:至2030年,车辆整备质量要较2015年减重35%,高强钢应用比例将大幅增加,单车用铝量超过350kg,单车用镁合金达到45kg,碳纤维使用量占车重5%。由此可见,钢材仍是最主要的汽车材料,即使是十年后,这一格局仍不会发生太大变化。

11.丰田发布固态电池计划,叫板特斯拉

(1)可减轻汽车零部件的质量

这其中,成本是最主要的因素。据了解,同样是1公斤材料,钢材需0.8美金-1美金,铝材需2.4美金-2.6美金,而碳纤维则高达20美金-30美金,几乎是钢材的20倍。虽然各方都在努力降低材料成本,但在短期内,碳纤维材料的大面积应用仍将出现在那些超级跑车上。而铝合金材料或许是车企减重的主要手段,只要能完善车企流水线工艺,解决产品一致性问题,便能有效降低铝合金零部件的制造成本。此外,高性能塑料、生物材料等新材料仍将是汽车零部件轻量化的不错选择。

上周,丰田发布消息,计划于21世纪20年代早期实现全固态电池商业化。全固态电池的推广,将取代目前锂离子电池广泛采用的液态电解质技术。而此前据日本媒体报道,配备了全固态电池的丰田电动汽车最早将于2022年在日本上市,届时,完成一次充电过程的时间将缩短至几分钟。丰田的全固态储能电池,对当下主流的三元锂离子电池无疑是一种宣战。也是丰田与特斯拉因车辆设计问题产生不合,丰田在这一领域宣布的首个突破性计划。

若钢板的强度提高40~50 MPa,车身外板制件的板厚可减小20%左右。

12.马自达创驰蓝天发动机升级为第二代采用均质充气压缩点火HCCI技术

(2)用于车身外部结构件

据美国媒体8月6日报道,马自达推出第二代创驰蓝天(SkyActivII)发动机,采用全新点火技术——均质充气压缩点火,整体燃效提高30%,该发动机将于2017年8月下旬的法兰克福车展亮相。马自达将推出的新型无火花发动机采用HCCI均质压燃燃烧技术,工作原理与柴油机相类似,即无需火花塞点燃油气混合气,通过压缩气缸中的空气和燃料的混合物直到其燃烧,但依然使用汽油作为燃料。而且,发动机将会在低转速区间保留火花塞点火,并在高转速区间切换为均质压燃的燃烧方式。这样的设计可以降低尾气排放,同时提升动力及燃油经济性。HCCI均质压燃燃烧技术将使用在第二代创驰蓝天(SkyActivII)发动机中。

在性能要求不变的条件下,高强度特种钢可减薄零部件的厚度,同时高强度钢具有烘烤硬化性能当表面经过油漆烘烤后,零部件表面硬度有部分提高,这就大幅提高汽车外表面制件的抗凹陷和击打性能。

13.沃尔沃逆向黑科技,玻璃纤维代替弹簧,板悬玩出新高度

(3)可加工硬化率比普通钢板高

日前沃尔沃发布了新款XC60,作为新款沃尔沃XC60做出的最大改变,除了平台的改变,便是车身后悬架的大胆创新。该车前悬架为双叉臂式独立悬架,强调安全与操控感,而后悬架虽为多连杆式独立悬架,但却独创的舍弃了已经沿用几十年的螺旋弹簧结构,转而使用了由ZF提供的玻璃纤维弹性板材,这样的设计可谓相当大胆。

高强度钢可以吸收更多的冲击能量,非常适合用于汽车底架的前后纵梁等处,以及汽车上要求高强度和耐久性的部位。随着高强度钢板在车身中的比例不断提升,与碰撞相关的关键的车身骨架构件全部采用超高强度钢板,这就加强了车身整体的强度及抗撞性,提高了车身的安全性能。

14.石墨烯增强橡胶轮胎强度增加50%

5.塑料

石墨烯具有优化碳纤维的特性,它的散热功能和机械强度也有突出的表现,将这种材料运用到轮胎,滚动和湿滑性能均比普通轮胎有显著的提高,尤其是抗撕裂能力有了非常高的提升,石墨烯在胎面上的高补强性能实现橡胶模量、拉伸强度提升50%。目前森麒麟,玲珑,双星等厂商的相关产品已经面世,相信不久的将来,石墨烯轮胎有望面向消费者。对轮胎店来说也会是一种全新的盈利方式。

塑料制品因为其密度轻,在汽车上大量使用将有助于减轻汽车整体质量。随着高功能塑料材料在汽车行业上的应用,汽车轻量化问题得到了一定程度的解决。目前汽车行业对树脂(尼龙、聚丙烯、聚氨酯)和其他工程塑料的需求量巨大,市场容量约占树脂市场需求总量的29%以上。在汽车上,保险杠、离合器执行系统、车燃油箱、车身覆盖件与底盘、发动机进气岐管等众多的部件上均可以看到塑料材料的组成部分。相比传统的合金材料,塑料材料的零部件具有很多独特的优势。

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塑料制品生产成本低,易于加工成各种复杂的形状,尤其是在汽车各种复杂部件的连接处,这就大幅减少汽车集成过程中所用的部件数。

15.百耐特投资3亿元建设聚氨酯环保轮胎厂房

工程塑料的弹性模量大,变形过程中能够大量吸收碰撞产生的能量,这对强烈撞击有很大的缓冲作用,这极大保护了车辆和乘客;塑料耐酸碱,抗腐蚀性强,即使局部受损也不会腐蚀,而钢材或者其他合金一旦油漆面受损或者先期防腐措施做的不好的情况下,材料极易发生锈腐蚀,这既影响了车体的美观,也会对汽车形成重大安全隐患。

高耐磨、抗刺扎、绿色环保、色彩缤纷,一种新型环保轮胎将在新兴制造。记者近日在新兴县新成工业园采访了解到,百耐特新材料科技有限公司聚氨酯环保轮胎制造项目正在持续发力,租赁厂房生产线近期可试产,新建厂房项目也在密锣紧鼓推进中。这种新型绿色轮胎具有高耐磨、抗刺扎等特性,公司研发推出针对矿山、港口油田等特殊使用场所的聚氨酯填充实心轮胎、防腐专用轮胎以及聚氨酯翻新轮胎等,填补和刷新了轮胎制造史上的多项空白,市场前景广阔。

三、汽车用纳米材料

纳米材料是指材料尺寸在1~100nm的材料,在这种尺寸上对材料进行研究和加工的技术称为纳米技术。当某一种物质降到纳米级别时,其物理性能和化学性能都将产生质的变化,这些变化渗透可以广泛应用到各个领域,汽车领域也不例外。

在汽车用的橡胶轮胎产品中加入一定数量的纳米材料(通常为纳米碳材料),可大幅度提高轮胎的耐磨性、耐温性和介电常数,这使轮胎的使用寿命大幅提高。传统的橡胶轮胎产品生产过程中通常用炭黑作为补强填充剂和耐磨剂,作为粉体材料,目前重要的发展方向是向纳米材料领域发展。利用纳米材料代替炭黑生产的特种轮胎不仅色彩明艳,而且各项性能也大幅提高,有实验结果表明轮胎侧面胶的抗折性能由原来的10万次提高到现在的50万次以上。

汽车外表面需要多层涂料的保护和装饰,这对汽车涂层提出了更高的要求。涂层除要有多变的外表外,还要有优良的耐久性和抗腐蚀能力,这包括抵抗大气紫外线、抗老化、抗酸雨等化学物质的侵蚀和表面抗划痕性。而有些纳米材料,具有特有的抗紫外线、良好的静电屏蔽效应、加入到基材中使基材具有高强度和高韧度,以及强大的抗菌除臭功能,因而纳米材料在汽车涂料应用的场景中有着广阔的市场空间。纳米材料在涂料中的开发和利用已经成为当前汽车用涂料研究和开发的热点。纳米材料可以广泛的应用在汽车底漆、中间涂料和面漆(含罩光清漆)等涂料中。

在汽车尾气净化催化剂中,有大量纳米材料存在,并且发挥着至关重要的作用,当常规稀土化合物换成稀土纳米材料后大幅提高了尾气中的一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)的转化效率,转化效率在95%以上。

加入纳米材料的汽油乳化剂,能对汽油品质进行改造,最大限度地促进汽油充分燃烧,减少污染物排放。加入纳米材料的乳化剂,在燃烧前这些纳米级的微乳化剂液珠在高温条件下气化而发生“微爆”,这使燃油形成二次雾化,促使燃油在发动机内更加充分的燃烧,从而达到汽车节能减放的效果和目的,同时增加发动机的输出功率。

日本科研工作人员通过用特殊化学方法来处理纳米级别的纤维素(CNF)制成的木浆,并将这些纳米纤维素加入到塑料中制造而成了一种塑料新材料。制成塑料的强度可以与钢铁相媲美,而质量只有钢铁质量的20%,这可用于大量替代汽车的钢制结构部件。

汽车用铅酸电池和铅炭电池电池也在往纳米化发展,在电池中加入正负极中加入纳米碳材料,可提供铅酸电池的容量,使电池充电时间,大幅延长电池使用寿命等。

在新能源汽车核心部件的动力电池中,正负极极片中都有大量纳米材料的存在,他们在电池的循环充放电、寿命、安全特性等起着具足轻重的作用。

四、其他功能性材料

陶瓷材料在汽车工业上也用途广泛,主要以功能性材料出现。镁铝硅酸盐材质的陶瓷可用于柴油机微粒过滤器中,过滤柴油燃烧过程中产生的细微颗粒。汽车上合理选择陶瓷材料的孔大小以及孔隙率,可使过滤清洁效率达95%以上。过滤器再生温度很高,有些可达1 300℃以上,如果使用金属或者合金过滤器,需要用特种耐热钢或者高温合金,这极大的提高了过滤器的成本。

新能源汽车产销的快速增长,我国的动力电池产业有了长足的发展。新能源汽车的核心部件当属汽车动力电池,也就是新能源汽车的能量来源,直接决定了汽车的续航里程。动力电池主要由正极、负极、电解液、隔膜等组成,要求高能量密度、长寿命、可靠安全。三元电池和磷酸铁锂电池在乘用车和商用车领域都是主导应用,目前乘用车电池以三元为主,商用车电池以磷酸铁锂电池为主。其中动力电池里面涉及的新材料更广,如石墨烯、硅碳负极、三元正极、固态电解质等。其中石墨烯作为唯一的超级材料,在汽车动力电池、汽车轻量化、自动化、智能化等领域有着广阔的应用场景,将会极大推动汽车产业的进步。

五、结语

汽车行业处在高速发展的过程中,汽车用新材料将会占据着举足轻重的地位。未来汽车行业的发展,将主要取决于新材料技术的发展水平和制造水平。中国目前在碳纤维、铝合金等新材料方面离美日等发达国家都有不少差距,我国汽车新材料制造业虽然有所发展,但散、乱、差的局面尚未得到有效解决,规模小而分散,制约了我国汽车行业的发展。我国要加强新材料在汽车上的使用以及新制备工艺的研发,促进我国汽车产业的长久进步。

文/李春晓

北京化工大学