唐見(jiàn)茂（中國(guó)材料研究學(xué)會(huì) ）

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新能源汽車(chē)輕量化材料

唐見(jiàn)茂
（中國(guó)材料研究學(xué)會(huì) ）

本文引用格式：唐見(jiàn)茂.新能源汽車(chē)輕量化材料[J]. 新型工業(yè)化，2016，6（1）：1-14.

國(guó)務(wù)院2010年發(fā)布的關(guān)于《加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中，將新能源、生長(zhǎng)、新一代信息、節(jié)能環(huán)保、高端制造、新材料和新能源汽車(chē)列入我國(guó)重點(diǎn)培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要涉及兩個(gè)方面，一是新能源領(lǐng)域中中的動(dòng)力電池，二是新材料領(lǐng)域中的汽車(chē)輕量化材料。

1　發(fā)展汽車(chē)輕量化材料產(chǎn)業(yè)的背景需求及戰(zhàn)略意義

1.1汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展面臨的新問(wèn)題

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，近10年來(lái)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)保持了高增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。2009年我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷量雙雙達(dá)到1300萬(wàn)輛以上，超過(guò)日本首次位居世界第一位，并在接下來(lái)的四年里繼續(xù)保持了世界第一。2013年，我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量及銷量分別為2211.68萬(wàn)輛和2198.41萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)14.76%和13.87%，比上年分別提高10.2和9.6個(gè)百分點(diǎn)，其增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于經(jīng)濟(jì)和人口增長(zhǎng)的速度。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在給國(guó)民生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也產(chǎn)生了資源、安全和環(huán)保三大問(wèn)題，給可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何應(yīng)對(duì)這三大問(wèn)題，各國(guó)政府都提出了相應(yīng)的對(duì)策和措施。包括制定各種條令法規(guī)，如油耗法規(guī)，安全法規(guī)以及排放法規(guī)。而其中各國(guó)汽車(chē)工業(yè)界一致認(rèn)為，汽車(chē)輕量化是應(yīng)對(duì)上述三個(gè)問(wèn)題的有效途徑和方法。

1.2全球?qū)ζ?chē)節(jié)能減排的應(yīng)對(duì)

歐盟，北美，日本等都制定了嚴(yán)格的燃油經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)，如美國(guó)的CAFé（Corporation Average Fuel Economy）規(guī)定乘用車(chē)燃油消耗27.5英里/加侖（約11.8公里/升）。輕型貨車(chē)不低于8.8公里/升。日本規(guī)定2010年汽油乘用車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性為15公里/升，比1995年提高22.8%，柴油乘用車(chē)比1995年燃油經(jīng)濟(jì)性提高14.9%，達(dá)到12公里/升。歐盟乘用車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)為18.8公里/，單車(chē)平均排放CO2減少到140 g/km。為應(yīng)對(duì)全球變暖，全世界已有140多個(gè)國(guó)家簽訂了《京都議定書(shū)》，我國(guó)于2004年開(kāi)始實(shí)施《乘用車(chē)燃料消耗量限制標(biāo)準(zhǔn)》，2012年乘用車(chē)平均油耗比10年前下降約15%。

1.3汽車(chē)輕量化的重要意義

20世紀(jì)70年代的兩次石油危機(jī)，促進(jìn)汽車(chē)工業(yè)提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，80年代中期以后，可持續(xù)發(fā)展的理念又一次推動(dòng)汽車(chē)工業(yè)提高燃油經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能減排。按《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2008》的數(shù)據(jù)， 2007年全球石油產(chǎn)量的勘探結(jié)果表明，全球探明石油儲(chǔ)量可滿足40年的需求；目前美國(guó)所需石油的53%依賴進(jìn)口，歐洲高達(dá)76%，日本幾乎全部依賴進(jìn)口，中國(guó)石油對(duì)外依存度接近50%。而在各行業(yè)的石油消耗中，汽車(chē)工業(yè)是耗油大戶。

近年來(lái)，我國(guó)石油消費(fèi)中汽車(chē)燃油的增長(zhǎng)情況迅速，以2012年為例，汽車(chē)用燃油消耗占國(guó)內(nèi)石油消耗總量的25 %從上，其中車(chē)用汽油占到汽油總消耗量的85 %，車(chē)用柴油約占柴油總消耗量的40%，由此引起的交通運(yùn)輸?shù)臏厥覛怏w排放量是僅次于電力工業(yè)，汽車(chē)工業(yè)節(jié)能減排對(duì)于一個(gè)國(guó)家的能源供應(yīng)、環(huán)境保護(hù)、乃至于國(guó)家安全都具有重要的意義。

1.4汽車(chē)輕量化是節(jié)能減排的有效途徑

研究表明，約75%的油耗與整車(chē)質(zhì)量有關(guān)，降低汽車(chē)質(zhì)量就可有效降低油耗及排放。汽車(chē)質(zhì)量每下降10%，油耗下降8%，排放下降4%（圖1）。

對(duì)商用車(chē)的研究表明，汽車(chē)質(zhì)量每減少1000 kg，油耗可降低6%～7%。油耗的下降，意味著CO2，氮氧化物（NOx）等有害氣體排放量的下降。據(jù)報(bào)道，在美國(guó)汽車(chē)質(zhì)量如果減少25%，燃油消耗按減少13%計(jì)，一年可節(jié)省2.7億桶石油，按文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，每消耗1升燃油，將產(chǎn)生CO2量為2～2.5 kg。因此降低燃油消耗，就意味著溫室氣體和其他有害氣體排放減少。

圖1　整車(chē)質(zhì)量減少與百公里耗油的關(guān)系

減少汽車(chē)質(zhì)量，能減小動(dòng)力和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)荷，可在較低的牽引負(fù)荷下表現(xiàn)出同樣或更好的性能。中一方面，為提高轎車(chē)安全性，增加一些輔助裝置，導(dǎo)致車(chē)的質(zhì)量增加，這些又需要通過(guò)輕量化予以補(bǔ)償。例如，混合動(dòng)力汽車(chē)由于增加了混合動(dòng)力系統(tǒng)裝置而增加了車(chē)重，也需要在混合動(dòng)力汽車(chē)中實(shí)現(xiàn)輕量化，來(lái)減少油耗和降低制造費(fèi)用。再如，純電動(dòng)汽車(chē)按目前的電池生產(chǎn)水平，每續(xù)駛一公里需電池重量一公斤，也就是說(shuō)滿足汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程200公里，僅汽車(chē)的電池重量就高達(dá)200公斤，因此對(duì)于這類新能源汽車(chē)輕量化意義更為重大。

無(wú)論從戰(zhàn)略角度、商業(yè)角度還是社會(huì)發(fā)展來(lái)看，高燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保特點(diǎn)的汽車(chē)對(duì)可持續(xù)展都具有重要的戰(zhàn)略意義。

1.5輕量化的概念和輕量化工程

汽車(chē)輕量化是一個(gè)完整的概念，是指汽車(chē)在保持原有的行駛安全性、耐撞性、抗震性以及舒適性等性能不降低，及汽車(chē)本身造價(jià)不被提高的前提下，有目標(biāo)地減輕汽車(chē)自身的重量。汽車(chē)輕量化的概念應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)闡明。首先是對(duì)于已有的功能可滿足要求的汽車(chē)，輕量化是降低重量而保持原功能不變，其輕量化的效果是直接減重。其次是現(xiàn)有功能尚不能全部滿足要求或需要提升的汽車(chē)，輕量化是完善功能而保持質(zhì)量不變，如改進(jìn)汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)性能、操縱穩(wěn)定性、噪聲從及提高汽車(chē)的剛度和安全性等。第三是汽車(chē)輕量化既要提高和改進(jìn)性能，同時(shí)也使汽車(chē)減重。汽車(chē)的輕量化的設(shè)計(jì)實(shí)際上是功能改進(jìn)，質(zhì)量降低，結(jié)構(gòu)優(yōu)化和合理價(jià)格的結(jié)合。

實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化目前主要有兩個(gè)途徑，一是新材料應(yīng)用：主要是采用輕量化材料和輕量化材料成型技術(shù)，以達(dá)到減輕零部件重量的目的。二是輕量化設(shè)計(jì)：使零部件薄壁化、中空化、小型化、復(fù)合化以及對(duì)車(chē)身零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝改進(jìn)等。

汽車(chē)輕量化是設(shè)計(jì)、材料和先進(jìn)的加工成形技術(shù)的優(yōu)勢(shì)集成?？梢?jiàn)汽車(chē)輕量化實(shí)際上設(shè)計(jì)念是汽車(chē)性能提高、重量降低、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、價(jià)格合理四計(jì)概念、輕量化材料和加工成型技術(shù)等相結(jié)合的系統(tǒng)工程。具體而言，汽車(chē)輕量化包括4種優(yōu)勢(shì)的集成：一是車(chē)型輕量化創(chuàng)新概念的設(shè)計(jì)，二是零部件的幾何形狀優(yōu)化，三是新型輕量化材料的使用，四是先進(jìn)加工成形技術(shù)（圖2）。

圖2　汽車(chē)輕量化的實(shí)現(xiàn)

可以看出：在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)和輕量化工程實(shí)施中，輕量化材料和先進(jìn)成形技術(shù)具有十分重要的地位。

眾所周知，材料是現(xiàn)代高技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而輕量化材料產(chǎn)業(yè)是汽車(chē)輕量化實(shí)施和發(fā)展的基礎(chǔ)和條件保證。新能源汽車(chē)的發(fā)展對(duì)材料產(chǎn)業(yè)提出了新的性能要求，如新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池系統(tǒng)增加了車(chē)身自重，對(duì)汽車(chē)輕量化提出了更高的要求。新能源汽車(chē)生產(chǎn)上的這種需要，導(dǎo)致汽車(chē)輕量化材料產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，而高強(qiáng)度輕量化材料的使用又產(chǎn)生了汽車(chē)構(gòu)件成形和制造工藝的新問(wèn)題，從而導(dǎo)致了先進(jìn)成形工藝的發(fā)展。這些問(wèn)題的綜合解決，為汽車(chē)輕量化的實(shí)施創(chuàng)造了條件，推動(dòng)了新能源汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在汽車(chē)中，一般家庭用車(chē)用材構(gòu)成為：鋼為54%，鑄鐵為10%，塑料為8%，鋁合金為8% 鎂合金為1% 橡膠玻璃為7%，其他為12%。從家庭轎車(chē)用材的構(gòu)成中可以看出，鋼鐵材料仍然是乘用車(chē)的基本構(gòu)成材料，在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，它仍然具有不可替代的作用。其次是鋁合金，塑料復(fù)合材料，然后是鎂合金。在汽車(chē)輕量化的用材中，這四種材料是輕量化的基本材料?？梢哉f(shuō)，鋼鐵材料是汽車(chē)輕量化而又保證汽車(chē)安全性的性價(jià)比高的一種基礎(chǔ)材料，鋁合金是既提升汽車(chē)性能又是滿足某些法規(guī)要求的輕量化材料，塑料復(fù)合材料是汽車(chē)輕量化和內(nèi)飾件及部分外飾件的重要材料，鎂合金是具有廣泛發(fā)展前景的汽車(chē)輕量化的結(jié)構(gòu)材料。這些材料的合理選用奠定了汽車(chē)輕量化實(shí)施的基礎(chǔ)。

2　汽車(chē)輕量化材料產(chǎn)業(yè)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

2.1汽車(chē)輕量化用高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

1）高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼

近年來(lái)高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)剛強(qiáng)度鋼發(fā)展很快，并在汽車(chē)輕量化和汽車(chē)安全性能的提升方面發(fā)揮了重要作用，按力學(xué)性能分類（抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度）：通常將屈服強(qiáng)度小于210MPa，抗拉強(qiáng)度小于270MPa的鋼為低強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度大于210MPa小于510MPa，抗拉強(qiáng)度大于270MPa小于700MPa的鋼為高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度大于510MPa，抗拉強(qiáng)度大于700MPa稱為超高強(qiáng)度鋼；按冶金學(xué)特征又可分為低強(qiáng)度鋼包括IF鋼和軟鋼；普通高強(qiáng)度鋼包括：C-Mn，烘烤硬化鋼（BH鋼）高強(qiáng)度IF鋼和高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA鋼）；先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS其強(qiáng)塑積約為20000）：雙相鋼（DP鋼），相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP鋼），復(fù)相鋼（CP鋼）和馬氏體鋼（M鋼）。

在先進(jìn)高強(qiáng)度鋼中，雙相鋼是研究較多和應(yīng)用較廣的一類冷成形鋼，它是由在連續(xù)的鐵素體基體中分布硬質(zhì)馬素體第二相組成，這類鋼具有高的初始加工硬化速率，高的延性，低的屈強(qiáng)比，高的抗拉強(qiáng)度和高的烘烤硬化性等特點(diǎn)。TRIP鋼是由分布于基體中的殘留奧氏體島、貝氏體和馬氏體所組成。這類鋼具有類同于DP鋼的高的加工硬化速率，而殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的時(shí)候又增加了附加的延性因素；為增加鋼中殘留奧氏體量，TRIP鋼中的碳含量高于DP鋼，并且在貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)必須抑制碳化物的沉淀析出，加入硅和鋁將有利于這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。殘留奧氏體中碳含量高可使其在更高的應(yīng)變水平下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而有助于TRIP鋼延性的改善，如果殘留奧氏體中的碳含量較低，那么它的穩(wěn)定性就不夠，在變形一開(kāi)始就開(kāi)始向馬氏體轉(zhuǎn)變，這樣就不利于TRIP鋼延性的提升。復(fù)相鋼是鐵素體和更高體積分?jǐn)?shù)的硬質(zhì)相（通常為精細(xì)的沉淀強(qiáng)化相）所組成的以高強(qiáng)度為特征的冷成形鋼，為了形成較多的沉淀相和復(fù)合沉淀相，這類鋼中通常加入微合金元素，包括Ti、Nb和/或V。馬氏體鋼是在熱軋過(guò)程中的中間平臺(tái)上由奧氏體淬火產(chǎn)生的，或在連續(xù)退火生產(chǎn)線上產(chǎn)生的，主要有馬氏體組成的一類鋼，這類鋼具有高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，但延性較低，為改善延性可在淬火后進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕鼗稹?/p>

第二代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼中的U-AHSS通常具有高含量的Mn、Si、Al所組成的奧氏體鋼，這類鋼同時(shí)具有TRIP和TWIP效應(yīng)，是一種超高強(qiáng)度的韌性高、延性好的強(qiáng)塑積高的冷成形鋼類；由于其合金含量高，處理工藝較復(fù)雜，目前在汽車(chē)應(yīng)用中還很有限，但是優(yōu)良的高強(qiáng)度和高韌性的結(jié)合，今后有望在汽車(chē)的安全件上得到應(yīng)用；這類鋼的另一特點(diǎn)是具有高的延遲斷裂抗力。

第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼X-AHSS 是通過(guò)淬火分配處理所獲得的較高強(qiáng)度和延性相結(jié)合的TRIP鋼，其中有可分為馬氏體基體加片狀殘留奧氏體組織的TRIP鋼以及無(wú)碳貝氏體加殘留奧氏體的TRIP鋼。

2）高強(qiáng)度鋼在汽車(chē)輕量化的應(yīng)用

高強(qiáng)度鋼在汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)件特別是安全件的應(yīng)用，是保證汽車(chē)輕量化而又提升汽車(chē)安全性能的基本材料和手段。國(guó)際上高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼在汽車(chē)輕量化上的應(yīng)用項(xiàng)目的具體的效果列于表1。2009年，歐洲車(chē)身會(huì)議上報(bào)導(dǎo)了關(guān)于乘用車(chē)輕量化和高強(qiáng)度鋼應(yīng)用的項(xiàng)目情況.其中，一個(gè)明顯的趨勢(shì)是在各車(chē)型中擴(kuò)大了熱成型用鋼的應(yīng)用。

歐洲部分車(chē)型應(yīng)用高強(qiáng)度鋼占車(chē)身重量的百分比見(jiàn)表2。

3）高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼發(fā)展也很快，圖3 是國(guó)內(nèi)自主品種轎車(chē)高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用進(jìn)展。

隨著各車(chē)型高強(qiáng)度鋼的用量增加，各鋼廠的高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)的品種和生產(chǎn)量都在迅速增長(zhǎng)，如中國(guó)的上海寶鋼，各類高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)的情況見(jiàn)表3和表4。

表1　國(guó)際上已進(jìn)行的輕量化項(xiàng)目和效果

圖3　國(guó)內(nèi)自主品種轎車(chē)高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用

表2　歐洲部分車(chē)型的車(chē)身高強(qiáng)度鋼應(yīng)用狀況

表3　由寶鋼生產(chǎn)的超高強(qiáng)度先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的一些典型性能

2.2汽車(chē)輕量化用鋁合金材料的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

1）鋁合金是汽車(chē)輕量化的有效材料

鋁合金的比重只有2.68g/cm3，僅為鋼的30%，在等彎曲剛度的條件下，鋁對(duì)鋼的厚度比為1.43，在等彎曲剛度的條件下，鋁的減重的潛力是49%，在等彎曲強(qiáng)度的情況下，鋁對(duì)鋼減重的潛力是38%；據(jù)美國(guó)鋁業(yè)公司的數(shù)據(jù)，汽車(chē)中典型的鋁質(zhì)零件的一次減重效果可達(dá)30～40%，二次減重可進(jìn)一步提高到50%；每使用1 kg鋁，可使轎車(chē)壽命周期中減少20 kg的尾氣排放；在發(fā)動(dòng)機(jī)中，用鋁合金代替鑄鐵，其減重效果達(dá)50%，每應(yīng)用1 kg鋁，則可使轎車(chē)壽命周期中減少22 kg的CO2排放量；輕卡和轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中如果平均用鋁45kg，則20萬(wàn)公里可節(jié)油375L；如用鋁合金代替鋼做保險(xiǎn)杠，則可使該車(chē)行駛20萬(wàn)公里減少61kg的CO2排放；用變形鋁合金制做發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板，和鋼制零件相比，可減重50%，行駛20萬(wàn)公里可減少排放CO2排放量161kg；同時(shí)鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板對(duì)行人碰撞的傷害也遠(yuǎn)低于鋼制零件。應(yīng)用鋁合金所節(jié)省的能量，是生產(chǎn)該零件所用原鋁耗能的6～16倍。如用鋁合金車(chē)輪代替鋼制車(chē)輪，則節(jié)能減排效果更加顯著。而且鋁合金是綠色材料，可回收，可循環(huán)利用。

表4　由寶鋼生產(chǎn)的一些典型雙相鋼和其他超高強(qiáng)度鋼的性能

2）汽車(chē)用鋁合金的種類

汽車(chē)輕量化和安全碰撞法規(guī)以及對(duì)行人保護(hù)的法規(guī)要求，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)B級(jí)車(chē)和C級(jí)車(chē)以及檔次較高的車(chē)型相繼問(wèn)世，這為鋁合金在汽車(chē)中的應(yīng)用提供了一個(gè)很好的市場(chǎng)和應(yīng)用基礎(chǔ)，而鋁合金在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用也為國(guó)內(nèi)B級(jí)車(chē)和C級(jí)車(chē)及整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的技術(shù)升級(jí)提供了條件。鋁合金在汽車(chē)中的應(yīng)用形式有：鋁合金鍛件（一些結(jié)構(gòu)件，如懸架支架以及鋁合金車(chē)輪等，即在汽車(chē)中要求強(qiáng)度較高的結(jié)構(gòu)件和疲勞件），模鑄件和金屬模鑄件（主要有轎車(chē)車(chē)輪、各類殼體，發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體缸蓋等零件），鋁合金擠壓和拉延產(chǎn)品（制作各類車(chē)身結(jié)構(gòu)件和公交車(chē)輛結(jié)構(gòu)件的鋁合金型材），鋁合金軋制板材（各類車(chē)廂制件，乘用車(chē)的外覆蓋件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的蓋板、行李箱蓋板等），砂型鑄件，消失模鑄件，流變鑄件，半固態(tài)鑄造件（制造各類殼體，精密尺寸構(gòu)建和強(qiáng)度較高的尺寸較小的鑄件）。

3）變形鋁合金板材在汽車(chē)中的應(yīng)用目前國(guó)外應(yīng)用的鋁合金汽車(chē)板材有：2XXX系，以銅和鎂作為合金元素，具有良好的成形性和較高強(qiáng)度，但抗蝕性較差，烘烤硬化能力低，其強(qiáng)化相CuMgAl2時(shí)效析出成核困難，主要用于汽車(chē)內(nèi)板。

5XXX系，由鎂原子固溶強(qiáng)化和晶粒細(xì)化強(qiáng)化，室溫放置后在拉伸時(shí)容易出現(xiàn)Luders伸長(zhǎng)，沖壓成形后表面起皺，影響外觀，且延展性和彎曲能力會(huì)由于Fe的增加而惡化，烤漆中出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。

6XXX系，是可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，是當(dāng)前汽車(chē)板研發(fā)的主要方向，固溶處理后，加適當(dāng)預(yù)處理，具有良好的成形性，隨后在油漆時(shí)又具有高的烘烤硬化性，如何解決預(yù)處理后的抗時(shí)效穩(wěn)定性、成形性及烘烤硬化性的合理匹配，是該合金研發(fā)的關(guān)鍵。

目前車(chē)身板主要以5000系和6000系為主。由于汽車(chē)內(nèi)板和外板的要求不同，內(nèi)部面板材料的要求主要是深沖成形性和接合性（焊接和連接），以使用部分6000系合金材料和5000系合金為主，而外板要求強(qiáng)度較高，因而目前汽車(chē)外板主要應(yīng)用可熱處理強(qiáng)化6000系材料為主。

國(guó)際上采用較多的鋁合金汽車(chē)板型號(hào)有：AA6016、AA6022、AA6111、AA6005、AA6009和AA6010、AA5182、AA5754、 AA5052等，如：Plymouth Prowler采用6022車(chē)身板，Audi A8 采用6016車(chē)身板，Acura NSX使用5052作為內(nèi)部面板以及6000系作為外部面板，Jaguar XJ220和GM EV1都采用5754作為車(chē)身材料.國(guó)內(nèi)變形鋁合金物理和力學(xué)性能與國(guó)外有差距，無(wú)法滿足沖壓性能的要求，尤其難以沖壓成形深拉延件。

4）半固態(tài)成形鋁合金的應(yīng)用

半固體是指在鋁合金的液相和固相之間的狀態(tài)，1972年美國(guó)MIT首先發(fā)現(xiàn)半固態(tài)金屬特性，并申報(bào)有專利。1980年進(jìn)入研究熱潮，并逐步產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)時(shí)，半固態(tài)成形的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)有流變成形和觸變成形?？紤]到觸變成形工藝的穩(wěn)定性，目前半固態(tài)成形基本上是以觸變成形為主；法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本等都有產(chǎn)業(yè)化，并在汽車(chē)工業(yè)中應(yīng)用。

半固態(tài)成形的關(guān)鍵技術(shù)是半固態(tài)漿料的制備。傳統(tǒng)鑄造法得到的金屬鑄錠為樹(shù)枝晶組織，該組織會(huì)嚴(yán)重影響到材料的致密度及性能，而通過(guò)機(jī)械攪拌法或者電磁攪拌法等制得半固態(tài)漿料的非樹(shù)枝晶組織可明顯改善隨后半固態(tài)壓鑄時(shí)的流動(dòng)性，且晶粒細(xì)小，組織致密、力學(xué)性能好。非樹(shù)枝晶金屬坯料的制備方法主要有：機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法（EMS）、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法（SIMA）、電磁脈沖振動(dòng)法、超聲振動(dòng)攪拌法（UVS）、及噴射沉淀法（Ospray）、液相線法等。在工業(yè)化生產(chǎn)的多用機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法（EMS）以及液相線法。

制備半固態(tài)漿料后，可以通過(guò)壓鑄、擠壓鑄造或鍛造工藝進(jìn)行成形；半固態(tài)鑄造又分為觸變鑄造和流變鑄造兩種，這種工藝過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)是：降低了凝固過(guò)程中的皺縮，在模具的深腔處發(fā)生了部分相變，降低了模具中的凝固過(guò)程中的潛熱和凝固時(shí)間，減少了模具的熱疲勞應(yīng)力，延長(zhǎng)了磨具壽命；可以制造形狀復(fù)雜的近終成形的鑄件；再加上這種工藝方式的鑄件性能優(yōu)良，因而受到人們的關(guān)注。其性能可以和鍛造鋁合金相比。

鋁合金半固態(tài)成形已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)的高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件，軍事、航空、電子等高強(qiáng)度高疲勞壽命零件。如汽車(chē)中的油缸、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件、臂、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、傳動(dòng)系統(tǒng)零件等。以 Buick高級(jí)轎車(chē)從從動(dòng)鏈輪支架為例，毛坯凈重1.85kg，鑄件厚壁處15～40mm，薄壁處5～7mm，機(jī)加工后進(jìn)行氣密實(shí)驗(yàn)，原采用真空鑄造產(chǎn)品廢品率10～20%，采用半固態(tài)壓鑄后，產(chǎn)品廢品率下降為5%，經(jīng)探傷和金相組織觀察，鑄件的內(nèi)部顯微組織結(jié)構(gòu)均勻致密，無(wú)毛孔，縮孔等缺陷。

5）鍛造鋁合金車(chē)輪及其在商用車(chē)上的應(yīng)用

美鋁公司（AlcoA）曾對(duì)鍛造鋁合金進(jìn)行了大量的研究，大量的實(shí)驗(yàn)表明：鍛造鋁合金車(chē)輪具有強(qiáng)度高，承載能力高，重量輕、導(dǎo)熱性能好、圓形度好，使用安全、維護(hù)費(fèi)少，高回收、高回報(bào)等優(yōu)點(diǎn)。

采用6061鋁合金鍛造成重量25kg，車(chē)輪輪轂外徑500mm左右，在車(chē)輪徑向施加載荷，使車(chē)輪產(chǎn)生50mm的變形量，則鍛造車(chē)輪承受的載荷量可達(dá)71200kg，而鋼制焊接車(chē)輪只可承受的載荷為13600kg，鋁合金車(chē)輪承載能力比鋼制車(chē)輪高5.2倍。

鍛造車(chē)輪的抗沖擊能力強(qiáng)，按照日本JWL標(biāo)準(zhǔn)，將一卡車(chē)以每小時(shí)50公里的速度撞向路邊基石（CHI GI-151-15標(biāo)準(zhǔn)），鑄造鋁合金車(chē)輪和鋼制車(chē)輪都未通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，只有鍛造鋁合金車(chē)輪符合測(cè)試要求。

鍛造鋁合金車(chē)輪的重量輕，減重效果明顯，和鋼制車(chē)輪相比，可減重50%，和鑄造鋁合金車(chē)輪比可減重15～20%。

鍛鋁車(chē)輪具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性，在環(huán)境溫度為25℃時(shí)，鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)為167W/m·K（6061 T6狀態(tài)），而鋼制的導(dǎo)熱系數(shù)為50 W/m·K；在同樣的行駛條件下，鋁合金車(chē)輪的溫度可以比鋼制車(chē)輪低10～15℃，從而降低輪胎偏差和溫度，節(jié)約輪胎，可以使輪胎壽命延長(zhǎng)10～13%。長(zhǎng)途客車(chē)還可提高制動(dòng)性能，摩擦片壽命延長(zhǎng)一倍。

鍛鋁輪轂由6061單體坯料鍛壓而成，沒(méi)有焊接，圓形度好，與無(wú)內(nèi)輪輪胎能具有良好的密封性。同時(shí)輪轂疲勞壽命高，對(duì)于商用車(chē)可承諾輪轂5年20萬(wàn)公里無(wú)損壞。 鍛鋁車(chē)輪具有Dura光亮，不需噴漆，不會(huì)生銹，維護(hù)費(fèi)用低，車(chē)輛形象好。

鍛鋁車(chē)輪可回收，按目前市場(chǎng)價(jià)格 ，回收價(jià)格為1.5萬(wàn)～1.7萬(wàn)/噸，如果考慮到回收價(jià)值，那么鋁合金車(chē)輪的價(jià)格就不那么高。

實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于載重10噸的日本標(biāo)準(zhǔn)重型卡車(chē)，從不同的速度：50km/h到90km/h，鍛鋁車(chē)輪和鋼制車(chē)輪相比，可節(jié)油2.58%，按日本市場(chǎng)油價(jià)，則不到一年就可將鍛鋁車(chē)輪高出鋼輪的成本回收。韓國(guó)某客運(yùn)公司的油耗實(shí)驗(yàn)表明：和鋼制車(chē)輪相比，鍛鋁車(chē)輪可節(jié)油3.7%，由于降低了油耗，從而降低了汽車(chē)的總排放。

我國(guó)秦皇島戴卡輪轂股份有限公司試制了商用車(chē)的鍛鋁合金車(chē)輪，并通過(guò)了部分使用試驗(yàn)；取得了輕量化和節(jié)能減排的效果；寧波、江北、金屬制品有限公司已試制了直徑為450mm、輪輻寬為230mm的鍛鎂車(chē)輪，已經(jīng)通過(guò)了各種性能檢測(cè)，有可能成為鍛鋁車(chē)輪的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

2.3汽車(chē)輕量化用的鎂合金的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

1）汽車(chē)輕量化材料的鎂合金發(fā)展前景廣闊

鎂的密度為1.74g/cm3，是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一；鎂合金代替某些鋼鐵材料可以有效的減輕汽車(chē)的重量，如以剛度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的材料。在等彎曲剛度條件下，采用鎂代替鋼可減重61%，在等彎曲強(qiáng)度條件下，鎂代替鋼可減重74%，每使用1kg鎂，可使轎車(chē)壽命期減少30kg尾氣排放（和鋁的比對(duì)值）；鎂還是綠色環(huán)保材料，可循環(huán)回收，但目前和鋁相比尚有一定的差距。因此鎂是一種有前景的汽車(chē)輕量化的材料。

雖然目前，北美汽車(chē)生產(chǎn)廠家每輛汽車(chē)用鎂量為1.5～3.5千克，但鎂在汽車(chē)中的應(yīng)用增長(zhǎng)很快，某些車(chē)型已達(dá)到將近10公斤；美國(guó)福特汽車(chē)公司已經(jīng)先行一步，在澳大利亞購(gòu)買(mǎi)了鎂的礦產(chǎn)開(kāi)采權(quán)。為鎂合金的擴(kuò)大應(yīng)用做準(zhǔn)備。

國(guó)外對(duì)鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用十分重視。2004年6月，美國(guó)、加拿大的相關(guān)機(jī)構(gòu)和公司共同設(shè)立了一項(xiàng)汽車(chē)用鎂合金中長(zhǎng)期研究計(jì)劃。2006年12月，北美汽車(chē)研究聯(lián)盟（USCAR）發(fā)布的《2020年北美汽車(chē)用鎂合金及輕量化戰(zhàn)略展望》研究報(bào)告令人矚目。該研究項(xiàng)目和行動(dòng)計(jì)劃由美國(guó)汽車(chē)研究聯(lián)盟中的“汽車(chē)材料伙伴計(jì)劃”支持和組織，得到了美國(guó)能源部的資金支持。是以美國(guó)克萊斯勒、福特、通用三大汽車(chē)公司為主體，有來(lái)自美國(guó)能源部、加拿大資源部、北美材料和零部件供應(yīng)商、大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)的61個(gè)成員單位共同參與。此次發(fā)布的報(bào)告相當(dāng)于一個(gè)行動(dòng)綱領(lǐng)和計(jì)劃，歷時(shí)兩年研究后對(duì)外發(fā)布，將汽車(chē)用鎂合金的議題分解為163個(gè)有待研發(fā)的項(xiàng)目，提出了研發(fā)的方向與目標(biāo)，并在聯(lián)盟組織下開(kāi)始合作攻關(guān)。這份報(bào)告的發(fā)布，為全球鎂合金產(chǎn)業(yè)和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)提出了新的目標(biāo)和挑戰(zhàn)，也再一次肯定了鎂合金在汽車(chē)輕量化中將要承擔(dān)的重要使命。報(bào)告強(qiáng)調(diào)，將通過(guò)所有參與者的密切合作，在產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)都進(jìn)行努力，以滿足市場(chǎng)復(fù)雜和多樣化的需求，鞏固和提升鎂合金材料的地位。根據(jù)這一報(bào)告中的規(guī)劃，到2020年，北美乘用車(chē)用鎂量將會(huì)達(dá)到160公斤/輛，屆時(shí)鎂將會(huì)成為第二大汽車(chē)材料，在乘用車(chē)中材料重量的比例將從目前的0.3%增加到12%。這將是呈現(xiàn)給世界的一個(gè)巨大貢獻(xiàn)。

研究表明，從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性角度考慮，鎂是很有希望的輕質(zhì)材料，使用鎂不僅可以有效減輕自重，同時(shí)也可以有效降低汽車(chē)噪音。鎂合金在交通工具中的應(yīng)用，在降低油耗的同時(shí)，尾氣排放也將大幅度降低。鎂合金應(yīng)用于汽車(chē)還可以改善車(chē)輛的設(shè)計(jì)，提高車(chē)的性能和舒適性。鎂合金將有能力使汽車(chē)實(shí)現(xiàn)輕量化，從而成為解決石油資源緊缺和和全球氣候變暖的重要解決方案之一。

據(jù)有關(guān)方面預(yù)測(cè)，2020年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)2000萬(wàn)輛，如果單車(chē)用鎂量達(dá)到100公斤，國(guó)內(nèi)汽車(chē)業(yè)對(duì)鎂的年需求量將會(huì)超過(guò)200萬(wàn)噸。

我國(guó)擁有豐富的鎂資源，菱鎂礦、白云石礦和鹽湖鹵水等優(yōu)質(zhì)煉鎂原料的儲(chǔ)量十分豐富，是鎂資源大國(guó)（見(jiàn)表5）。

表5　中國(guó)鎂資源

經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，中國(guó)已成為當(dāng)今世界上第一大鎂生產(chǎn)國(guó)。2010年中國(guó)年產(chǎn)量為65.3萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)34%。2013年達(dá)總產(chǎn)量769，669噸，同比增長(zhǎng)3.65%。

我國(guó)汽車(chē)工業(yè)已經(jīng)成為支柱產(chǎn)業(yè)，2009年我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷量就突破1300萬(wàn)輛，躍居世界第一，2103年產(chǎn)銷量突破2200萬(wàn)輛，形成世界最大的汽車(chē)生產(chǎn)與消費(fèi)市場(chǎng)，成為促進(jìn)世界汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，但我國(guó)汽車(chē)實(shí)際用鎂量遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際水平。

從目前發(fā)展趨勢(shì)看，未來(lái)汽車(chē)設(shè)計(jì)將更注重減輕車(chē)輛質(zhì)量、改善燃料經(jīng)濟(jì)性、降低尾氣排放、降低車(chē)輛制造成本。從技術(shù)發(fā)展的角度看，鎂正處于在汽車(chē)中批量應(yīng)用的前夜，新型鎂合金的開(kāi)發(fā)以及鎂在汽車(chē)零部件中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。我國(guó)應(yīng)加大在該方向上的研發(fā)和應(yīng)用力度，以提高在國(guó)際大市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。

2）汽車(chē)鎂合金材料產(chǎn)業(yè)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中鎂合金用量較多的國(guó)家和地區(qū)主要是北美、歐洲、日本和韓國(guó)， 1991年汽車(chē)工業(yè)中鎂合金的用量?jī)H為2.4萬(wàn)噸，到1997年則增至6.4萬(wàn)噸，目前這些國(guó)家和地區(qū)汽車(chē)工業(yè)對(duì)鎂合金的需求已達(dá)到每年40萬(wàn)噸。歐洲正在使用和研制的鎂合金汽車(chē)零部件已超過(guò)60種，單車(chē)鎂合金用量9.3公斤～20.3公斤；北美正在使用和研制的鎂合金汽車(chē)零部件已超過(guò)100種，單車(chē)鎂合金用量5.8公斤～26.3公斤；我國(guó)汽車(chē)鎂合金產(chǎn)業(yè)的總體技術(shù)水平不高，在汽車(chē)鎂合金部件設(shè)計(jì)、制造加工等方面還有較大差距，平均單車(chē)用鎂量不足1公斤。經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，目前已有20余種汽車(chē)零部件可以采用鎂合金生產(chǎn)。

①鎂合金及其在汽車(chē)零部件上的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)外汽車(chē)零部件常用鎂合金主要有AZ（Mg-Al-Zn ）系、AM（Mg-Al-Mn）系、AS（Mg-Al-Si）系和AE（Mg-Al-RE）系四大系列，廣泛應(yīng)用的仍然為鑄造鎂合金，目前已開(kāi)發(fā)應(yīng)用鎂合金汽車(chē)零部件見(jiàn)表6。

表6　汽車(chē)常用鎂合金及其零部件

② 高強(qiáng)韌鎂合金及耐熱鎂合金

鎂合金在室溫和高溫的強(qiáng)度和韌性不能滿足汽車(chē)中廣泛零部件的性能要求，提高鎂合金強(qiáng)韌性是擴(kuò)大鎂合金在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用范圍的有效途徑。以現(xiàn)有鎂合金為基礎(chǔ)進(jìn)行合金化，加入微量元素如Ca、Sr、Ba、Sb、Sn、Pb、Bi以及稀土元素等是研制新型鎂合金的主要方法。Mg-Al系合金是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一類合金，壓鑄鎂合金主要就是Mg-Al系合金。為改善鎂合金的韌性、耐高溫性、耐腐蝕性， 以Mg-Al系為基礎(chǔ)發(fā)展形成了AZ （Mg-Al-Zn）、AM （Mg-Al-Mn）、AS（Mg-Al-Si）、AE （Mg-Al-RE）系列合金。AZ91合金作為成熟的商業(yè)應(yīng)用鎂合金，是AZ系列鎂合金的代表之一，目前在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。二元Mg-Zn合金具有明顯的時(shí)效硬化特性，有共格的GP區(qū)。在Mg-Zn二元系基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)了Mg-Zn-Zr合金、Mg-Zn-RE合金以及具有良好綜合力學(xué)性能的Mg-Zn-Cu合金。Mg-Zn-Zr合金中典型的是ZK61合金，其T5態(tài)下的抗拉強(qiáng)度可達(dá)310 Mpa，但是較脆，延伸率基本為零。有代表性的Mg-Zn-RE合金是ZE41和ZE33合金，其力學(xué)性能一般。Mg-Zn-Cu合金中由于加入Cu，改善了鑄件韌性和固溶處理特性，表現(xiàn)出良好的室溫和高溫力學(xué)性能，但其耐腐蝕性能差。Mg-RE系合金中稀土元素主要以稀土Ce、稀土Y或富Ce混合稀土的形式加入，此外，La、Pr、Nd、Gd、Dy等稀土元素也被應(yīng)用于鎂合金中。研究表明Mg-Y系合金是很有發(fā)展?jié)摿Φ囊活惸透邷睾辖?，在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)的一些多元的稀土鎂合金，如Mg-Y-Nd-Zr合金，室溫強(qiáng)度和抗高溫蠕變性能都較高，使用溫度可達(dá)300℃。通過(guò)調(diào)整Gd/Y、RE/Zn，綜合運(yùn)用固溶強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、長(zhǎng)周期有序結(jié)構(gòu)強(qiáng)化和形變強(qiáng)化等手段開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)度耐高溫Mg-Gd-Y-（Zn）-Zr系變形鎂合金，抗拉強(qiáng)度達(dá)490Mpa，延伸率3%～6%，且其高溫穩(wěn)定性非常好，在200～300℃之間仍具有良好的力學(xué)性能。Mg-Li合金有LA141、LA91及LAZ933，這些合金的密度只有1.25～1.35g/cm3，卻具有很高的彈性模量。Mg-Li合金比強(qiáng)度高、振動(dòng)衰減性好、切削加工性好，但高昂的價(jià)格限制了其在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。目前，鎂合金正逐漸在原有合金系的基礎(chǔ)上由二元、三元向多元化發(fā)展，這將是未來(lái)提高鎂合金綜合性能的主要趨勢(shì)。

2.4汽車(chē)輕量化用的塑料和復(fù)合材料

2.4.1概述

塑料復(fù)合材料具有密度小，比強(qiáng)度高、優(yōu)良的抗腐蝕性、易成型，使形狀復(fù)雜的零部件加工簡(jiǎn)單、耐沖擊抗振動(dòng)、設(shè)計(jì)自由度大、外觀多樣、電絕緣性和絕熱性優(yōu)良的特點(diǎn)；是汽車(chē)工業(yè)中的重要的輕量化材料。當(dāng)前塑料在新能源汽車(chē)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)是提高應(yīng)用比例，以塑代鋼、塑料合金及熱塑性復(fù)合材料。

塑料在汽車(chē)上的應(yīng)用主要由內(nèi)裝件和外裝件，其應(yīng)用的種類世界各國(guó)大體相同。日本車(chē)塑料使用主要有聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚氨脂（PU）、ABS塑料合金和長(zhǎng)纖維復(fù)合材料（LFRP）。美國(guó)車(chē)塑料使用量PU、PP、PE、PVC、ABS；歐洲車(chē)塑料使用量PVC、PU、PP、PE、ABS。用于內(nèi)裝件主要有儀表板、門(mén)板、座墊、方向盤(pán)、車(chē)內(nèi)飾、座椅扶手；外裝件主要有前、后保險(xiǎn)杠、側(cè)保險(xiǎn)杠、阻流板、車(chē)頂蓋、擋泥板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車(chē)門(mén)把手、車(chē)頂內(nèi)飾件、車(chē)箱內(nèi)襯、發(fā)動(dòng)進(jìn)氣支管、散熱器的水池（PA66+30%GF）、油箱（HDPE）、前左右翼子板等。

塑料的比重低于鎂合金，根據(jù)不同的填料其比重在1.0～1.5g/cm3之間，是非常稱職的輕量化材料；在等彎曲鋼度的條件下，和鋼相比PC類的塑料可減重35%；在等彎曲強(qiáng)度的條件下，和鋼相比可減重72%；近幾年，塑料在汽車(chē)中的應(yīng)用增長(zhǎng)很快，在發(fā)達(dá)國(guó)家，汽車(chē)塑料已經(jīng)達(dá)到塑料總消費(fèi)量的5%～8%，在北美和日本，這個(gè)比例達(dá)到了12%，且還在繼續(xù)增加。

圖4　LFT制造的長(zhǎng)途運(yùn)輸汽車(chē)部件

圖5　純電動(dòng)的復(fù)合材料公交巴士車(chē)體

可以看出：塑料復(fù)合材料從20世紀(jì)80年代后，一直在快速增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率達(dá)到10%左右。

在塑料基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的纖維增強(qiáng)塑料，最典型的是增強(qiáng)熱塑性材料技術(shù)目前取得了卓越進(jìn)展，進(jìn)一步提升了它們的性能和開(kāi)發(fā)出更多新的應(yīng)用。高性能的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（Long Fiber Reinforced Thermoplastics，LFT）是近年來(lái)取得突破進(jìn)展的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高剛度、尺寸穩(wěn)定、低翹曲度、使用壽命長(zhǎng)、耐蠕變等顯著特點(diǎn)。

LFT是當(dāng)今熱塑性復(fù)合材料中發(fā)展最快的新材料之一，在過(guò)去十年中以30%的年增長(zhǎng)率上升。業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)LFT還有5-10年的高速發(fā)展時(shí)期，特別是在汽車(chē)零部件制造領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與應(yīng)用將繼續(xù)以兩位數(shù)字的年增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，圖4 是LFT制造的運(yùn)輸汽車(chē)構(gòu)件的實(shí)例。圖5 是純電動(dòng)的復(fù)合材料公交巴士車(chē)體。

2.4.2汽車(chē)輕量化塑料復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

20世紀(jì)90年代，發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)平均用塑料量是100kg/輛～130kg/輛，占整車(chē)整備質(zhì)量的7%～10%；到2011年，發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)平均用塑料量達(dá)到300kg/輛以上，占整車(chē)整備質(zhì)量的20%；預(yù)計(jì)到2020年，發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)平均用塑料量將達(dá)到500kg/輛以上。按2013年我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量及當(dāng)前我國(guó)車(chē)用塑料用量比例計(jì)算出當(dāng)前我國(guó)車(chē)用塑料約為180～230萬(wàn)噸，按照當(dāng)前歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家使用量計(jì)算，我國(guó)車(chē)用塑料的理論容量為700萬(wàn)噸，二者相差懸殊，在未來(lái)幾年我國(guó)車(chē)用塑料還有巨大的發(fā)展空間。而這些數(shù)據(jù)還不包括未來(lái)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量增長(zhǎng)帶來(lái)的容量擴(kuò)張，也不包括未來(lái)每輛車(chē)使用塑料由目前的100kg增長(zhǎng)到500kg所帶來(lái)的容量。

目前，德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)的汽車(chē)塑料用量已達(dá)到10%～15%，有的甚至達(dá)到了20%以上。從現(xiàn)代汽車(chē)使用的材料來(lái)看，無(wú)論是外裝飾件、內(nèi)裝飾件，還是功能與結(jié)構(gòu)件，到處都可以看到塑料制作的影子。且隨著工程塑料硬度、強(qiáng)度、拉伸性能的不斷提高，塑料車(chē)窗、車(chē)門(mén)、骨架乃至全塑汽車(chē)已逐步出現(xiàn)，汽車(chē)塑化進(jìn)程正在加快。工程塑料在汽車(chē)中所使用的比例，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家汽車(chē)業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。隨著汽車(chē)輕量化與節(jié)能減排的需要，高性能汽車(chē)用塑料將會(huì)有更大的發(fā)展空間。

除了輕量化和節(jié)約能源外，汽車(chē)零部件塑料化目的還在于提高零部件的功能、簡(jiǎn)化制造工藝、提高汽車(chē)的舒適性、增加安全性、降低生產(chǎn)和維護(hù)成本，并賦予更高的設(shè)計(jì)自由度。塑料汽車(chē)配件，主要分為內(nèi)飾件、外飾件和結(jié)構(gòu)件三大類。對(duì)于內(nèi)飾件和外飾件，對(duì)塑料的性能要求不高，可用普通的塑料材料，而對(duì)于具有一定功能的結(jié)構(gòu)件，對(duì)塑料的性能要求比較高，需要用優(yōu)質(zhì)工程塑料及其合金。

聚合物基復(fù)合材料，如前述的LFT汽車(chē)工業(yè)發(fā)展也非常快。美國(guó)是世界上第一大聚合物基復(fù)合材料生產(chǎn)與消耗國(guó)，美國(guó)在汽車(chē)上大量采用聚合物基復(fù)合材料，使汽車(chē)輕量化取得了顯著效果。據(jù)估算，目前美國(guó)汽車(chē)用復(fù)合材料年消耗量超過(guò)70 萬(wàn)噸。80 年代就已有65%的美國(guó)轎車(chē)采用片狀模塑復(fù)合材料（SMC）作前臉和散熱器護(hù)柵板，后續(xù)用量繼續(xù)增加， 95%以上汽車(chē)前燈反射鏡已采用塊狀模塑復(fù)合材料（BMC）作為主要材料。聚合物基復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用幾乎涵蓋了美國(guó)本土的所有汽車(chē)制造廠家，如通用汽車(chē)公司、福特汽車(chē)公司、戴姆勒·克萊斯勒（DC）公司三大汽車(chē)公司以及Mack、Aero-star 等重型車(chē)廠。

在歐洲，英、德、法、意、瑞典等國(guó)家較早采用了聚合物基復(fù)合材料汽車(chē)部件。目前聚合物基復(fù)合材料已在戴姆勒·克萊斯勒（DC）公司、梅德賽斯－奔馳、BMW、大眾、沃爾沃、蓮花、曼恩等歐洲汽車(chē)廠的轎車(chē)、客車(chē)和載貨車(chē)等各種車(chē)型中大量應(yīng)用。汽車(chē)復(fù)合材料年消耗量約占其復(fù)合材料年產(chǎn)量的25%；其中30% 以上的SMC、80% 以上的GMT 與LFT 均用于汽車(chē)部件制造。

日本汽車(chē)制造業(yè)與歐美同屬領(lǐng)先地位，但采用聚合物基復(fù)合材料的步伐和進(jìn)展要落后很多，主要原因是日本冶金工業(yè)發(fā)達(dá)，鋼材質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。直到20世紀(jì)80 年代中期，日本才正式開(kāi)始積極研究開(kāi)發(fā)聚合物基復(fù)合材料汽車(chē)部件，并轉(zhuǎn)入規(guī)模生產(chǎn)，其中大部分采用SMC 工藝，而且呈逐年上升趨勢(shì)。韓國(guó)汽車(chē)工業(yè)基本上走日本汽車(chē)材料發(fā)展之路。

中國(guó)聚合物基復(fù)合材料在汽車(chē)中的大規(guī)模應(yīng)用開(kāi)始于引進(jìn)車(chē)型，自主開(kāi)發(fā)車(chē)型也得到部分應(yīng)用，總體速度緩慢。目前我國(guó)聚合物基復(fù)合材料年產(chǎn)量已超100 萬(wàn)噸，但汽車(chē)工業(yè)中年用量不到10 萬(wàn)噸，所占比例較小，汽車(chē)復(fù)合材料廠家普遍規(guī)模較小，創(chuàng)新發(fā)展能力不夠。

目前中國(guó)轎車(chē)生產(chǎn)仍然以進(jìn)口車(chē)型為主，其復(fù)合材料部件基本沿用原廠設(shè)計(jì)，部分實(shí)現(xiàn)本地化生產(chǎn)配套，但相當(dāng)一部分部件依然進(jìn)口；國(guó)產(chǎn)品牌轎車(chē)上復(fù)合材料部件還較少使用。

聚合物基復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)大型、豪華客車(chē)中均有應(yīng)用，幾乎囊括所有廠家的所有車(chē)型。如：廈門(mén)金龍、亞星-奔馳、等。涉及應(yīng)用部件有前后圍、前后保險(xiǎn)杠等。由于此類客車(chē)部件類多、較大、量小，一般采用手糊/噴射或RTM 工藝成型。在中小型客車(chē)中，聚合物基復(fù)合材料也有廣泛應(yīng)用。如南京依維柯S 系列車(chē)的SMC 前保險(xiǎn)杠、后行李廂門(mén)總成和后圍總成等。

隨著載貨車(chē)技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收以及自主創(chuàng)新，近年來(lái)國(guó)內(nèi)載貨車(chē)技術(shù)得到很大的提高、優(yōu)化與改進(jìn)，同時(shí)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶來(lái)的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)帶來(lái)載貨車(chē)產(chǎn)量的不斷攀升，聚合物基復(fù)合材料在載貨車(chē)中取得了突破性的應(yīng)用，尤其在中重型卡車(chē)方面。以SMC、RTM 為主導(dǎo)的復(fù)合材料應(yīng)用尤為活躍，涉及前翻轉(zhuǎn)蓋板、前圍面罩、保險(xiǎn)杠、翼子板、導(dǎo)流板以及發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部件等。

3　發(fā)展汽車(chē)輕量化材料的主要任務(wù)和主要問(wèn)題

汽車(chē)輕量化材料在汽車(chē)輕量化中具有十分重要的作用，對(duì)于獲得高性價(jià)比的輕量化設(shè)計(jì)、輕量化部件具有舉足輕重的作用。正確的理解輕量化材料的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用的合理性是發(fā)展輕量化材料的重要任務(wù)，現(xiàn)對(duì)四種重要的輕量化材料分別論述：

1）高強(qiáng)度鋼是汽車(chē)輕量化的基礎(chǔ)材料

汽車(chē)輕量化用高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼是汽車(chē)輕量化而又保證安全的基礎(chǔ)材料；近年來(lái)，高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼發(fā)展很快，作為汽車(chē)輕量化材料，必須滿足其成形性和高強(qiáng)度的良好的合理匹配。雖然，高強(qiáng)度鋼發(fā)展很快，除雙相鋼之外，先后出現(xiàn)了鐵素體為基體的TRIP鋼，貝氏體TRIP鋼以及馬氏體出現(xiàn)的TRIP鋼（通過(guò)Q&P.T處理淬火分配處理和淬火回火分配處理）從所報(bào)道的資料來(lái)看，這些TRIP鋼都具有良好的成形性和高的力學(xué)性能，尤其是高的強(qiáng)塑劑，但其鋼材的處理工藝通常較為復(fù)雜，如果裝備的性能穩(wěn)定性不良，就會(huì)影響到工藝的穩(wěn)定性；從而影響到的材料性能的穩(wěn)定性。如何用簡(jiǎn)單的工藝過(guò)程，生產(chǎn)出性能良好的工藝材料，是鋼鐵生產(chǎn)的企業(yè)的重要任務(wù)；從這個(gè)意義說(shuō)，處理工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低和生產(chǎn)工藝設(shè)備成熟，又可以和涂層相結(jié)合的連續(xù)退火生產(chǎn)的雙相鋼是有廣闊應(yīng)用前景的鋼材，而目前這類鋼（不同強(qiáng)度級(jí)別）已在汽車(chē)行業(yè)廣泛應(yīng)用，其內(nèi)在原因就在于此，而TRIP鋼和TWIP鋼在汽車(chē)行業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用尚有待時(shí)日，而納米貝氏體的TRIP鋼，由于其較高的碳含量所帶來(lái)的焊接性能、成形性等問(wèn)題，其生產(chǎn)上應(yīng)用也有待改進(jìn)。

汽車(chē)行業(yè)通常系大批量生產(chǎn)，尤其是通過(guò)沖壓成形的一些構(gòu)件要求原材料的不同批次和同一批次不同部位的產(chǎn)品質(zhì)量具有較好的一致性；否則，會(huì)影響沖壓時(shí)的回彈和相關(guān)性能的穩(wěn)定性；對(duì)于輕量化的高強(qiáng)度產(chǎn)品，這一特點(diǎn)尤為重要，性能的穩(wěn)定性和不同批次產(chǎn)品的一致性正是我國(guó)輕量化用鋼的和國(guó)外的產(chǎn)品的差距之一。

另一個(gè)問(wèn)題和任務(wù)是，對(duì)汽車(chē)輕量化的高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼開(kāi)展深入的應(yīng)用研究，材料科學(xué)與工程課題的完整研發(fā)鏈條可用下面四個(gè)方面說(shuō)明：材料研發(fā)中首先要進(jìn)行的是組織性能、成分、工藝之間的關(guān)系研究，優(yōu)化出合理的成分和工藝，然后進(jìn)行冶金工藝（煉鋼、雜質(zhì)和熱處理等）的技術(shù)研究，用簡(jiǎn)單的工藝技術(shù)生產(chǎn)出高性價(jià)比的鋼材；用所生產(chǎn)的鋼材通過(guò)經(jīng)濟(jì)、方便、快捷的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)換為有用的物件，即材料制作構(gòu)件的工藝性能良好；所生產(chǎn)的構(gòu)件的功能可否滿足使用要求，即在材料的使用性能，這四個(gè)方面構(gòu)成了材料科學(xué)與工程課題的完整研發(fā)鏈條；長(zhǎng)期以來(lái)在材料研發(fā)中，往往只重視前面兩部分，而輕視、忽略了后面兩部分的應(yīng)用研究，導(dǎo)致不少的材料方面的研發(fā)成果難以在生產(chǎn)中應(yīng)用，因此對(duì)輕量化的先進(jìn)汽車(chē)用鋼，應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用研究。

對(duì)于汽車(chē)輕量化的鋼鐵材料企業(yè)還必須和汽車(chē)工業(yè)緊密結(jié)合，確定汽車(chē)輕量化用材工藝方案；例如：像2009年歐洲車(chē)身會(huì)議上所提出的用材趨勢(shì)，普通高強(qiáng)度鋼加少量雙相鋼+熱沖壓成形超高強(qiáng)度馬氏體鋼的方案和發(fā)展趨勢(shì)，并認(rèn)為這是既經(jīng)濟(jì)有效又可以保證車(chē)身安全碰撞性能的具有高性價(jià)比的輕量化的用材方案；同時(shí)，這一用材方案的材料性能穩(wěn)定性也容易實(shí)現(xiàn)；那么，發(fā)展鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)時(shí)TRIP鋼和TWIP鋼僅只作為技術(shù)儲(chǔ)備，而重點(diǎn)解決的是熱沖壓成形工藝技術(shù)和相應(yīng)的用鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問(wèn)題；大方向確定之后，來(lái)指導(dǎo)汽車(chē)用材和相應(yīng)的加工工藝，這對(duì)于汽車(chē)輕量化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的。

2）鋁合金是輕量化的重要材料

汽車(chē)用鋁合金的產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)，大量的鑄造鋁合金已在生產(chǎn)中進(jìn)行了應(yīng)用；尤其是出現(xiàn)了全鋁的發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了輕量化；同時(shí)也開(kāi)發(fā)了全鋁車(chē)身，如：奧迪A8，而目前對(duì)于汽車(chē)輕量化用的鋁合金應(yīng)該大力發(fā)展的是鍛造鋁合金，用于制造懸架支撐和商用車(chē)的鍛鋁車(chē)輪；而鋁合金擠壓材已開(kāi)始在混動(dòng)客車(chē)上大量使用，以便得到輕量化的車(chē)架以及商用車(chē)的車(chē)廂車(chē)架；而鋁合金沖壓用板材經(jīng)過(guò)11·5和10·5國(guó)家科技部863項(xiàng)目的支持下攻關(guān)，已取得了較大進(jìn)展，但要得到性能穩(wěn)定，及成形性、抗失效穩(wěn)定性、烘烤硬化性、抗凹性、油漆光鮮性、Ropping性能、翻邊延性等七種性能的合理匹配的鋁合金汽車(chē)板，還有大量的工作和工藝技術(shù)有待深入進(jìn)行。鋁合金汽車(chē)板是鋁合金在汽車(chē)工業(yè)中應(yīng)用的頂級(jí)產(chǎn)品，國(guó)外只有美國(guó)鋁業(yè)、日本神戶和德國(guó)的個(gè)別鋁業(yè)公司可以生產(chǎn)，今后該產(chǎn)品仍然是鋁合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重點(diǎn)主攻產(chǎn)品；隨著汽車(chē)碰撞對(duì)行人保護(hù)法規(guī)的實(shí)施，對(duì)高性能鋁合金汽車(chē)板的需求必然會(huì)迅速增加，對(duì)鋁合金汽車(chē)板的重點(diǎn)研發(fā)方向?yàn)槠?chē)用鋁合金板材，尤其是汽車(chē)用鋁合金外板是鋁合金板材生產(chǎn)中的頂級(jí)產(chǎn)品，在其研發(fā)中重點(diǎn)需解決的是抗時(shí)效穩(wěn)定性、成形性、烘烤硬化性、翻邊延性、油漆光鮮均勻性、抗凹性、其表面處理技術(shù)等這些既相互聯(lián)系又相互矛盾特性的合理匹配和統(tǒng)一，滿足鋁合金汽車(chē)板的力學(xué)性能、工藝性能、構(gòu)件成形性、以及零部件的功能要求。其具體研發(fā)內(nèi)容為：通過(guò)合金成分設(shè)計(jì)軟件，完成汽車(chē)外覆蓋件用鋁合金板合金系列的選擇和確定，以首先滿足板材的成形性為依據(jù)，確定Fe，Mn，Mg，Si，Ti和Zn等合金元素及含量對(duì)板材不同性能的影響，達(dá)到最高的性價(jià)比及最佳的性能匹配。

① 熱軋板的均勻化和組織細(xì)化處理技術(shù)（均勻化加熱工藝、保溫時(shí)間等），重點(diǎn)解決晶粒度、成形性和翻邊延性，達(dá)到強(qiáng)度和延性的合理匹配。

② 冷軋工藝控制及優(yōu)化技術(shù)，道次控制、軋制壓下量的控制、軋輥表面處理和板材表面處理技術(shù)，達(dá)到合理的板材表面粗糙度并為保證表面的涂漆質(zhì)量做準(zhǔn)備。

③ 通過(guò)預(yù)處理技術(shù)，包括板材固溶處理、淬火冷卻方式及淬火速率控制技術(shù)、強(qiáng)化相形核過(guò)程的控制技術(shù)、預(yù)時(shí)效工藝、固溶和強(qiáng)時(shí)效之間的停留時(shí)間等達(dá)到成形性、抗時(shí)效穩(wěn)定性和高烘烤硬化性的合理匹配和統(tǒng)一。

④ 板材晶粒度和第二相細(xì)化和均勻性的控制技術(shù)，達(dá)到第二相均勻分布，呈細(xì)棒狀，長(zhǎng)寬比2～5，平均長(zhǎng)度不超過(guò)10μm，平行于軋制方向的平均晶粒度不超過(guò)80μm，并且大小均勻，以保證翻邊延性和拉延涂裝后不出現(xiàn)Roping line；同時(shí)變形后不出現(xiàn)表面桔皮狀等缺陷。

⑤ 鋁合金汽車(chē)板成形性和抗凹性的評(píng)估方法、沖壓構(gòu)件的抗凹性、剛度、以及鋁合金發(fā)罩的行人保護(hù)特性等性能檢測(cè)、評(píng)價(jià)方法及表征參量的開(kāi)發(fā)研究。

⑥ 翻邊延性的表征參量、試驗(yàn)方法及影響因素和評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究。

⑦ 研究鋁合金的連接方式方法，包括不同的焊接方法、連接、鉚接方法等連接技術(shù)。

3）鎂合金是有發(fā)展前景的輕量化材料

經(jīng)過(guò)11·5和10·5國(guó)家科技部863項(xiàng)目的支持下鎂合金項(xiàng)目的攻關(guān)，所取得的成果以為鎂合金在汽車(chē)輕量化下的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)；但從當(dāng)時(shí)的課題目標(biāo)和任務(wù)以及所取得的進(jìn)展來(lái)看，大多集中在鎂合金的組織性能及生產(chǎn)工藝的改進(jìn)研究上，對(duì)于鎂合金在汽車(chē)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，零部件的功能和鎂合金性能特點(diǎn)之間的關(guān)系，及關(guān)聯(lián)性上的研究工作尚需深入研究，并進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，這方面的研發(fā)不足將影響鎂合金在汽車(chē)工業(yè)輕量化中的應(yīng)用；在做大、做強(qiáng)鎂合金在汽車(chē)輕量化中的應(yīng)用時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步研究鎂合金的性能特點(diǎn)和物理本質(zhì)，如何通過(guò)合適的工藝技術(shù)使鎂合金制件的功能達(dá)到汽車(chē)零件的使用要求；將零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)鎂合金牌號(hào)的合理選用，以及先進(jìn)的加工工藝再配以必要的試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)等各專業(yè)的優(yōu)勢(shì)支撐，充分發(fā)揮鎂合金的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短；所取得的成果一定會(huì)在中國(guó)汽車(chē)輕量化中得到應(yīng)用，促進(jìn)中國(guó)汽車(chē)輕量化的進(jìn)步，對(duì)汽車(chē)節(jié)能減排發(fā)揮輕量化材料的技術(shù)作用。

鎂合金的電化學(xué)為（標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-2.37v），在所有的金屬材料中是最低的，鎂合金在汽車(chē)中應(yīng)用時(shí)人們最擔(dān)心的問(wèn)題之一是腐蝕問(wèn)題以及腐蝕產(chǎn)生后對(duì)疲勞和壽命的影響，如何解決鎂合金的防腐問(wèn)題應(yīng)作為鎂合金擴(kuò)大應(yīng)用的重點(diǎn)課題，進(jìn)行全面的深入研究，要拿出可靠的試驗(yàn)結(jié)果，給人們和鎂合金應(yīng)用者提供選用鎂合金的可靠的依據(jù)。

鎂合金是六方結(jié)構(gòu)，室溫只有一個(gè)基面滑移系，但在一定的溫度下可以開(kāi)動(dòng)其它滑移系；鎂合金和其他金屬材料一樣，通過(guò)鍛造軋制及擠壓可以大幅度提升其力學(xué)性能，如何根據(jù)鎂合金的變形特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)其相應(yīng)的成形工藝；在鎂合金零件成形的同時(shí)，也使其性能得到提升，進(jìn)而拓展鎂合金在汽車(chē)輕量化中的應(yīng)用。

4）塑料和復(fù)合材料的汽車(chē)輕量化的新型材料

塑料復(fù)合材料是非常重要的輕量化材料，已在汽車(chē)上得到了廣泛應(yīng)用，還將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用；尤其是隨著國(guó)內(nèi)的技術(shù)發(fā)展，如塑料前端模塊和原鋼制沖壓零件相比，不僅將15-20個(gè)沖壓件合并為一件，而且減重30%，同時(shí)前端的裝配方便，降低成本，但必須解決塑料前端模塊的設(shè)計(jì)技術(shù)，CAE優(yōu)化技術(shù)，工藝分析及汽車(chē)批量應(yīng)用技術(shù)。前端模塊的模具設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、性能結(jié)合技術(shù)、碰撞分析等；這些想起的解決將為前端模塊的擴(kuò)大應(yīng)用打下基礎(chǔ)，即突破某些關(guān)鍵零件的制造和應(yīng)用的重要任務(wù)。

在汽車(chē)中應(yīng)用的塑料復(fù)合材料種類很多，有聚乙烯類（PE）、聚丙烯類（PP類）、聚氯乙烯類（PVC類）、聚酸銨類（PA類）、聚碳酸酯圭類（PC類）、聚氨酯類（PU類）、聚甲醛類（POM類）、聚甲基丙烯酸甲酯類（PMMA類）、聚苯醚類（PPO類）以及ABS等；再加上不同的改性和長(zhǎng)纖維與短纖維增強(qiáng)的不同數(shù)字基的復(fù)合材料（熱固性和熱塑性的），實(shí)際上汽車(chē)應(yīng)用的復(fù)合材料種類有數(shù)十種，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)中的裝飾件、功能件和結(jié)構(gòu)件。但復(fù)合材料品種多，不僅造成產(chǎn)品批量少，而且對(duì)產(chǎn)品的回收和分類管理也造成了一定的困難；同時(shí)也不利于汽車(chē)部件的成本下降。因此，輕量化的塑料復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用的另一類任務(wù)，是進(jìn)行汽車(chē)塑料單一化的工作，塑料制造和用材單一化將有利于高性能塑料復(fù)合材料零件的推廣應(yīng)用，有利于零件性能的綜合提升和管理，有利于塑料復(fù)合材料的零件的分類和回收，有利于零件的檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)規(guī)范的統(tǒng)一。

為了改進(jìn)和提升熱塑性塑料和復(fù)合材料的性能，大力推廣應(yīng)用釜內(nèi)合金、PP塑料也是發(fā)展汽車(chē)輕量化塑料的重要任務(wù)和課題，和釜外合金的共混PP塑料相比，用釜內(nèi)合金方法生產(chǎn)的PP塑料，其橡膠和彈性體和基體數(shù)字結(jié)合的更好、顆粒更細(xì)、更分散、分布更均勻，同時(shí)釜內(nèi)合金的PP塑料可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)；因此，同一批材料的性能更均勻，而不同批次的材料的性能的一致性也較好，更適合與汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用。為推廣釜內(nèi)合金在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用，應(yīng)盡快實(shí)行用于釜內(nèi)合金生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化、性能的穩(wěn)定化、一致性，同時(shí)生產(chǎn)的釜內(nèi)合金的裝置實(shí)現(xiàn)大批量的工業(yè)運(yùn)行；由于釜內(nèi)合金的優(yōu)異性能，在對(duì)釜內(nèi)合金PP塑料改性時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分的工藝技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)出適合與釜內(nèi)合金的PP塑料改性的合金配方和相應(yīng)的工藝技術(shù)，以保留其釜內(nèi)合金的優(yōu)點(diǎn)，提升其性能，并研究擴(kuò)大應(yīng)用的品種；如應(yīng)用與塑料的前端模塊以及開(kāi)發(fā)可用于代替PA66+GF30%的釜內(nèi)合金的PP塑料，制作發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管，降低成本，以有利于汽車(chē)塑料單一化和回收利用。

4　推動(dòng)汽車(chē)和新能源汽車(chē)輕量化材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對(duì)策和建議

1）大力開(kāi)展汽車(chē)輕量化的共性基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究

自20世紀(jì)70年代，提出汽車(chē)輕量化的概念以來(lái)，經(jīng)過(guò)二、三十年的發(fā)展，輕量化作為提高汽車(chē)性能節(jié)能減排的一個(gè)重要手段以為人們所認(rèn)同，并提出了表征輕量化的質(zhì)量，實(shí)施路徑和方法等，使輕量化的概念日漸完善和清晰，但迄今為止，還有不少人對(duì)輕量化的認(rèn)識(shí)停留在簡(jiǎn)單的材料替換和減輕汽車(chē)自重，而關(guān)于輕量化的許多科學(xué)技術(shù)問(wèn)題：如對(duì)輕量化概念的全面準(zhǔn)確理解和定義，輕量化的表征參量相關(guān)參量的物理含義，測(cè)試方法以及輕量化的設(shè)計(jì)、材料、先進(jìn)加工工藝之間的的關(guān)系等諸多問(wèn)題需要深入研究，只有對(duì)輕量化有了全面深刻的理解，才可推動(dòng)汽車(chē)輕量化產(chǎn)量和輕量化材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；

2）認(rèn)真分析四種輕量化結(jié)構(gòu)材料的特點(diǎn)，發(fā)揮每種材料的優(yōu)勢(shì)，做好每種汽車(chē)輕量化材料和在汽車(chē)輕量化中的作用和定位。每種材料的性能都在改進(jìn)，作為汽車(chē)輕量化材料也在競(jìng)爭(zhēng)中完善和擴(kuò)大應(yīng)用；針對(duì)每種材料不同的特點(diǎn)，選用輕量化效果好，性價(jià)比高的材料擴(kuò)大應(yīng)用和產(chǎn)量化；

3）針對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)和新能源汽車(chē)的輕量化的不同要求和特點(diǎn)，以及對(duì)價(jià)格的期望值，和輕量化的指標(biāo)的不同要求，選用不同的輕量化方案，使其得到最佳輕量化效果，同時(shí)得到最佳性價(jià)比；

4）作好汽車(chē)輕量化的應(yīng)用研究，建立輕量化材料的擴(kuò)大應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的改性發(fā)展平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，為輕量化設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐；

5）對(duì)于四種具體的輕量化材料，高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼應(yīng)簡(jiǎn)化工藝，提高性能穩(wěn)定質(zhì)量，滿足輕量化和安全構(gòu)建的性能問(wèn)題；對(duì)鋁合金應(yīng)加強(qiáng)鍛鋁半固態(tài)成形以及高性能的鋁合金板材的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，以滿足汽車(chē)輕量化和特殊功能要求的一些構(gòu)件的需求；對(duì)于鎂合金應(yīng)在提高鎂合金綜合性能的同時(shí)重點(diǎn)解決各種成形工藝和防腐性能的提升，滿足輕量化的一些結(jié)構(gòu)件對(duì)鎂合金性能的要求；對(duì)塑料復(fù)合材料做好單一化的工作，擴(kuò)大釜內(nèi)合金的PP塑料的應(yīng)用，以滿足汽車(chē)輕量化對(duì)塑料復(fù)合材料的性能要求和汽車(chē)回收法規(guī)對(duì)塑料復(fù)合材料單一化的要求。

DOI：10.3969/j.issn.2095-6649.2016.01.001