當汽車油耗壓力步步緊逼，當續航里程短板亟待補齊，能夠緩解這兩大壓力的輕量化已逐漸成為新車的重要標簽，而比起結構上的優化或是制造工藝提升，車企及零部件企業的側重點似乎更多地放在輕質材料的開發及應用方面，例如鋁合金、鎂合金、碳纖維等復合材料的采用。并且從目前來看，隨著輕量化概念的持續升溫，傳統材料未來將面臨大范圍的更新及替換，而輕質材料之間也將掀起新一番的激烈競爭。
2025年前后，汽車材料仍會以鋼材為主
據相關統計，近幾年生產的一輛普通轎車，其主要材料的重量構成比大致為：鋼鐵65%-70%、有色金屬10%-15%、非金屬材料20%左右。而不可否認，在輕量化趨勢的影響下，各種新型材料，如輕金屬材料、復合材料等將越來越多的應用于現代汽車，并且難以避免地將擠壓一些傳統汽車材料的占比。
在近日舉辦的第二屆汽車新材料新工藝發展趨勢論壇上，一汽高工田洪福再次分享了《節能與新能源汽車技術路線圖》有關輕量化材料的發展目標。其中提到，到2030年，高強鋼應用比例大幅增加，單車用鋁量超過350 kg，單車用鎂合金達到45kg，碳纖維使用量占車重5%。另外，盡管其中并沒有明確工程塑料及復合材料的用量，但在技術路徑中則指出會大力推進其在汽車上的應用。
鋼材一直是最主要的汽車材料，即使在輕量化要求加大的今天，這一格局也仍未發生變化。田洪福更是明確指出，在2025年，鋼材在汽車中的應用比例仍然會達到在50%以上。當然，這里的鋼材更多指的是高強度鋼，它是在普通鋼材的基礎上進一步提升性能，能夠達到減重以及提高碰撞安全性的效果，在汽車底盤橫梁加強板、懸架支架、發動機支架等等部件廣泛應用。盡管其成本相比普通鋼材有所增加，但是相較于其它輕質材料而言仍較有優勢，是行業未來五年甚至更長時間內的發展重點。
輕質材料增長加快，但仍有局限
鋁合金的用量將僅次于鋼材，這一材料除了應用于一些結構件、沖壓件，還可用于車廂、車身等。相關數據顯示，2014年我國汽車單車平均用鋁量大約為92kg，歐美單車用鋁量達到150kg。而根據相關機構測算，鋁合金在汽車中的使用空間最高可達540kg，可使汽車減重40%。由此看來，鋁合金在汽車中的應用還有很大空間，當然，這還仰賴于其成本方面的突破。
鎂合金是常用金屬結構材料最輕的一種，其密度約為鋁的2/3，鋼的1/4，同時具備比強度高、比彈性模量大等優點，在汽車中的應用同樣在上升，目前在汽車輪轂、進氣歧管、離合器、傳動外殼、齒輪箱等方面應用較多。不過，由于成本及相關技術方面的原因，目前汽車鎂合金用量還不大。相關數據顯示，我國汽車平均用鎂量約為3kg，北美的汽車平均用鎂量也不到10 kg，但是根據美國汽車材料協會預計，隨著鎂合金技術的成熟和輕量化需求增加，到2020年，北美生產的汽車鎂合金用量將達到160kg。
作為兼具輕量化、安全性、舒適度和可靠性等優異性能的輕量化材料，碳纖維材料前景極被看好，但是在當前階段顯然還面臨諸多挑戰，其中最關鍵在于成本太高。據了解，同樣是1公斤材料，鋼材需0.8-1美金，鋁材需2.4-2.6美金，而碳纖維則高達20-30美金，幾乎是鋼材的20倍。相關資料顯示，目前業內采用了改性瀝青、木質素制備、聚烯烴制備、高強PANCF原絲、節能加工能源等方面技術來降低碳纖維生產成本。但是從整個行業水平來看，要實現大規模的應用則還有很長的路要走。
講成本更要講安全，汽車輕量化不宜操之過急
根據去年發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》所提出的輕量化技術的發展思路，主要分三個階段實現汽車的逐年減重。第一階段為2016年-2020年，實現整車比2015年減重10%。第二階段為2021年-2025年，實現整車比2015年減重20%。第三階段為2026年-2030年，實現整車比2015年減重35%。
田洪福表示，按照目前輕量化的發展情況及趨勢，以上目標可以說是有依據的，是可以實現的。當然也正如北汽高工鐘廣亮在此次會議期間接受蓋世汽車記者采訪時所說，這些目標的實現也并非沒有壓力。也就是說，這是需要車企下功夫去做的。
的確，業界一直期待汽車輕量化有突飛猛進的發展，但這似乎并不容易。首先是成本問題，多數輕質材料都面臨這一因素的制約。鐘廣亮也表示，相對于技術方面的突破，輕量化所帶來的成本壓力更大。而在成本之外，還有一個問題同樣不容忽視，那就是汽車安全，盡管經歷很長的時間讓業界明了汽車重量與汽車安全性并不成正比，但是汽車輕量化新型材料的出現對于測試等環節的確提出了新的要求。
清華大學蘇州汽車研究院技術經理吳海龍表示，現在汽車材料比如高強鋼、鋁合金、鎂合金、塑料復材等材料相比傳統車身應用顯著增多，這些不同的材料如何應用在車上面需要我們對材料有很好的理解，最終把恰當的材料應用在合適的位置。
他指出，這些新的材料出現不同的力學特性，比如在碰撞載荷作用下大變形，各向異性和斷裂失效與傳統材料不一樣，還有材料的強度、失效特性等各個方面也需要去進行測試。并且也只有把他們的特性研究清楚，才能夠對這個材料應用到什么部位做一個參考和依據。
不過可喜的是，材料輕量化雖缺乏“大”突破，但“小”進展不斷，例如佛吉亞的座椅輕量化方案、泛亞的隔熱隔音材料以及索爾維的Technyl高性能材料等等。而不可否認，這些小進展正是汽車輕量化目標實現的關鍵。
來源：上海卡豹汽車科技
| |