中国汽车材料的发展趋势
现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，还应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料、复合材料。
对现代汽车而言，其重量主要源自钢铁材质。根据2007年统计数据，平均每辆小汽车包含1090千克钢铁，而平均每辆小型货车或者运动型多功能车包含将近1400钢铁。想想看，如今多数小汽车一般有1300千克重，而多数运动型多功能车净重1800千克，里面的含的钢铁可真不少！钢铁常用于制造汽车的底盘和笼架，一旦发生撞车，它们有重要的防护作用。如今很多汽车的门梁、车顶甚至车体外版也由钢铁制成。钢铁还用于汽车车身的各种部位，用来容纳引擎或者其他重要部件。此外，汽车排气通风装置也由不锈钢制成。钢铁产业发展迅速，所以汽车制造商可以根据汽车不同部位所承担的冲击力，为其量身选择或坚硬或柔韧的钢铁材质。这些汽车制造业的革新足以令您放心行驶，安全无忧。 下次开车时，试试像达斯汀•霍夫曼在电影《毕业生》里所做的，同时脑海里想着“塑料”这个词。如今的汽车制造业使用大量的塑料材质，汽车结构的一半都由塑料构成。这没什么稀奇的，毕竟塑料经久耐用，制造成本低廉，并且拥有百变造型。看看您车上的仪表盘、计量表、刻度盘、交换器、空调机、通风孔、门把手、小地毯、安全带、安全气囊„„哪一样不是塑料做的？除了汽车的仪表盘部分，汽车发动机的很多小部件，如油尺手柄也是塑料制成。由于塑料的质量较轻，它也越来越多地被用于制造汽车的车身机构和发动机配件。
汽车材料具有一下特点：
1、数量大：目前，全世界拥有汽车6亿多量，年产汽车5千多万辆。因此，汽车每年要消耗约占世界总产量1/4的钢铁、60%的橡胶、近一半的石油，30%的铜和铝，10%的塑料。
2、品种规格多：一辆汽车多达上万各零件，用于汽车的材料品种和规格多达4千多种。除钢铁、橡胶、燃油外，汽车还大量使用有色金属、塑料、涂料、玻璃、纤维制品、电线、润滑油脂、化学制剂、摩擦材料、纸、以及各种电气材料和电子元件等等。
3、要求高：用于汽车的材料，要求质量轻、强度高、刚度好、易加工、寿命常、耐腐蚀、耐震动、无污染、可回收。因此，对其要求一般高于用于普通名用产品的材料。
汽车工业的发展，对原材料产业起了巨大的推动作用，品种大量增加，质量不断提高。本文主要讲解汽车常用的一些金属材料，例如：钢铁、铝镁钛及其合金：非金属材料：塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等：同时介绍一些涂装材料及其趋势。
为了满足人们对汽车的环保性、节能性、安全性、舒适性越来越高的要求。下面来介绍汽车用钢铁材料、轻合金材料、塑料、陶瓷材料、符合材料和其他材料的组织、成分、物理性能和加工成型等特点，指出了它们在降低汽车质量、减少尾气排放、降低能耗i、提高安全性和综合性能等方面所起到的作用，并简要介绍了这些材料在汽车制造方面的应用现状；汽车在未来一段之间的用材发展趋势。
金属材料在汽车上的应用：车身大部分为钢板，底盘为钢板和棒材，悬架弹簧用线材等，发动机本体和动力传递系统使用棒材、线才和铸件的比例高，排气系统采用不锈钢，合金钢比例较高。
汽车面板部件要求板材具有良好的成形性、强度、碰撞能量吸收能力、疲劳耐久度、耐腐蚀性、焊接性：行走部件要具有良好的成形性、刚性、疲劳耐久度、耐腐蚀性。
从生产工艺特点划分为热轧钢板、冷轧钢板和涂镀层钢板。
从强度角度可忽而分为：普通钢板、低合金高强度钢板、普通高强度钢板、和先进高强度钢板等。
近来汽车生产中铝等轻质材料不断增加，但是高强度钢，镀锌薄钢板，超细晶粒钢，不锈钢还是占据着不可替代的地位。刚强度钢相对普通钢来说具有高强度、质量轻、成本低、安全性能高等。镀锌薄钢板具有良好的抗腐蚀能力、是通过冷轧钢——加热——冷却至镀锌温度——镀锌——冷却——矫直。超细晶粒钢具有优良的抗疲劳性能、较高的强度以及良好的低温韧性等优点。不锈钢与普通钢相比，其高温强度大，抗腐蚀性好，密度小，能减少车身质量的45%，成型过程简单，节省加工费用。
镁合金在汽车上的应用镁的优点是刚性好，质量轻；低的融化粘滞性和良好的填住成型；可回收利用；可大规模生产；储量丰富。适用于离合器外壳、引擎阀罩壳、变速箱外壳、变速箱上盖、发动机罩盖、方向盘、座椅支架等。 1.首先是镁合金的价格回归到有竞争力的水平。目前镁价格已经处于合理区间并在2009以来保持相对稳定。2.中国对汽车油耗的管理正趋于严格。国家《第三阶段乘用车燃料消耗量评价方法及指标》标准即将于今年公布。据了解，第三阶段标准制定的油耗限值比第二阶段下降20%。到2015年，全国平均乘用车燃油消耗量将降为7L左右。与前两个阶段最大的不同是，第三阶段标准不再以单一车型为评价对象，而是将汽车企业作为整体进行评价。这与美国CAFE（公司平均燃料经济性）法有些类似。汽车企业将会更加重视轻量化。3.新能源汽车将会是中国汽车业发展的重点，对轻量化要求更高。4.中国汽车轻量化有很大潜力：自主轿车平均比发达国家同类轿车重8%-10%，相同自重下，安全性差2-3个等级；商用车平均重10%-15%。。5.2010年1-3月，中国汽车产量455.45万辆，同比增长76.99%预计全年产量达到1500万辆。根据规划，2015年汽车总产量达到2500万辆，摩托车产量达到3800万辆。6.中国自主品牌的汽车产量正在逐步增加，乘用车自主品牌达到180个，2009年已经达到乘用车总产量的44%。据尚轻时代调查，国内主要的汽车企业都已经采用镁合金零部件，并制订了未来扩大用镁合金的发展计划。
钛合金在汽车上的应用：钛合金属于新型结构材料。具有优异的综合性能，密度小，比断韧性断强度高，抗腐蚀性能优异，在高温下能保持较高的强度。用于制造汽车可以减轻汽车发动机的质量、提高汽车车速、降低平均油耗，在改善发动机性能上有很大优势。 钛合金是一种新型结构及功能材料,它具有优异的综合性能,密度小,比强度高。钛的密度为4.51g/cm3,介于铝(2.7g/cm3)和铁(7.6g/cm3)之间。钛合金的比强度高于铝合金和钢,韧性也与钢铁相当。钛及钛合金抗蚀性能好,优于不锈钢,特别是在海洋大气环境中抵抗氯离子的侵蚀和微氧化气氛下耐蚀性好,钛合金的工作温度较宽,低温钛合金在-253℃还能保持良好的塑性,而耐热钛合金的工作温度可达550℃左右,其耐热性明显高于铝合金和镁合金。同时具有良好的加工性、焊接性能。钛在汽车上的用途主要分两大类,第一类是用来减少内燃机往复运动件的质量(对作往复运动的内燃机零件来讲,即使减少几克质量都是重要的);第二类是用来减少汽车总质量。根据设计和材料特性,钛在新一代汽车上主要分布在发动机元件和底盘部件上。在发动机系统,钛可制作阀门、阀簧、阀簧承座和连杆等部件;在底盘部件主要为弹簧、排气系统、半轴和紧固件等。据资料介绍,除了上述所举重点外,还有:发动机部件的摇臂、悬簧、活塞销、涡轮增压器转子、紧固件、挂耳螺帽、车挡支架、门突入梁、制动器卡钳活塞、销轴栓、离合器圆板、压力板、变速按钮等等。降低钛合金成本的途径：尽管钛及钛合金早在上个世纪50年代就进入了汽车制造领域,但发展比较缓慢,其原因主要是价格因素,为了满足汽车行业用钛,钛工业者在熔炼、加工,制造等方面进行了大量的工作。以满足汽车业的需求。钛金属熔点高,化学性质十分活泼,与O、H、N、C等元素有极强的化学亲和力,致使纯钛提取困难。工业上普遍使用的Kroll镁还原法生产海绵钛。Kroll镁还原法生产海绵钛工艺复杂,能耗高,周期长,并且不能连续生产,同时需用大量的金属镁作还原剂,生产成本较高。钛合金价格高的另一个原因是合金化元素价格较高。随着钛冶炼技术的进步,将钛在生产、加工过程中所产生的边角余料、废屑等残料经系列处理后作为炉料添加,实现循环生产,是降低原材料成本有效方法。实践表明,每利用1%的残钛,可使钛锭生产成本降低0.8%。如果采用电子束冷床炉、等离子束冷床炉进行熔炼,不仅可以改善钛锭的冶金质量,同时可以大量使用回收炉料,有效降低铸锭成本。
陶瓷材料：陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物质经过粉碎混炼、成型和煅烧制的。汽车上使用智能陶瓷产品，包括功能材料、驱动系统与反馈系统相结合的智能材料系统或结构。有汽车减震装置、汽车智能雨刷、汽车有源消声陶瓷材料。汽车发动机，过去都用合金钢制造，汽缸工作温度只有1000℃左右，而且还要用水冷却。汽缸的活塞销，由于耐高温摩擦性能较差，压缩效率下降较快，因而成了新型汽车工业的拦路虎。1980年日本五十铃汽车公司采用氮化硼陶瓷汽车发动机（DE），这种新型发动机的温度可达到1300℃~1500℃，不要水冷却，再加上它的密度只有钢的一半（钢为7.9，氮化硅为3.2），所以，汽车重量减轻。它不仅可节省30%的热能，而且工作效率提高了15%~20%。陶瓷DE是在燃烧室和活塞的部分表面用比金属更加耐热的陶瓷材料，从而提高了零部件的耐热性，进一步简化了冷却系统，除可减少冷却损失，提高热效率外，还可使DE更加紧促，使自身重量减轻。将来会出现副燃烧室、活塞头、汽缸衬套、汽缸头、增压转子等陶瓷部件与零件。这些部位可以采用氮化硅结合碳化硅或部分稳定氧化锆等特种陶瓷材料。机械强度则必须达到抗折强度为500MPa以上，热膨胀系数≤3.5*10-6/℃。上述陶瓷材料基本上即能满足这些要求。尤其是部分稳定氧化锆陶瓷不仅强度高达1000MPa，而且热导率也比其它材料低很多。在燃气涡轮发动机方面，家用轿车为实现与柴油机同量的燃烧费用，涡轮进口温度要高达1350℃，而可以忍耐这一高温的只有碳化硅及氮化硅陶瓷材料。目前，汽车与材料专家们都对碳化硅与氮化硅材料寄予厚望，并确认将来汽车涡轮的转子、定子使用上述特种陶瓷材料最为理想。用陶瓷材料作结构主体的陶瓷发动机的实用化，促进汽车的轻量化和小型化。预计2014年，陶瓷汽车发动机投入批量生产。陶瓷制动器，陶瓷制动器在碳纤维制动器的基础上制造而成。一块碳纤维制动碟，最初由碳纤维和树脂构成，它被机器压制成型，碟片表面会有规则的小孔，背面是螺旋发散线状的沟槽，用于散热。压制成型之后，趁着碟片仍有一定温度，马上被送入高温炉，高温定型。炉膛内充满氮气，温度接近1000℃，在这种情况下，所有非碳有机物都将转化成碳，因此这道工序也叫碳化。尽管碳化工序后，炉膛的温度继续提升至1420℃，此时碳蝶会表现出强大的“亲和力”，甚至能够吸收液化的硅，当它冷却之后，得到的硅碳化物表面，硬度甚至接近钻石。碟片内的碳纤维结构使它坚固耐冲击，而坚硬耐腐蚀的的材质，也让碟片极为耐磨。据测算，一副陶瓷制动碟，能用上30万公里。 在2001年奔驰SLR概念车就采用了一项当时最新的主动安全系统——陶瓷刹车盘。这种刹车盘不会因水浸而降低性能，而且减速非常快，即使是像SLR这样动力巨大的车，都被它管束得服服帖帖，而且刹车过程还很均匀，绝不突然，让人有理由相信这种新技术前景广阔。SLR的前刹车卡钳是名厂“布伦博”的8活塞式，同样也是新产品。2001年奔驰新款敞篷SL系列跑车将率先采用质轻而坚固的陶瓷刹车盘，奔驰计划达到制动系列行使10万公里以上免维护的目标。 保时捷的陶瓷制动系统（PCCB），其制动碟表面的摩擦系数在制动初段比铸铁高25%，这样在急刹车时，车子无需额外的制动辅助技术，单靠制动器便能迅速提供充足的制动力。陶瓷制动器采用6活塞的制动卡钳，在活塞与制动片之间，装有陶瓷隔热体，用以防止制动时产生的高热传入液压组件和制动液，这套刹车系统更可以在800℃高温下正常工作。 塑料：塑料是一种高分子材料，主要应用与前照面、保险杠、发动机罩、行李箱罩、顶盖一些车身骨架构建。有众多优点——质量轻、成型容易、缓冲能力强、耐腐蚀性强、改变内外饰。汽车工业的发展离不开汽车塑料化的进程，目前我国工程塑料自给率不足16%。据中国工程塑料协会估计，2010年自给率约为10%汽车行业是聚丙烯（PP）最大用户。聚丙烯用于汽车工业具有较强竞争力，但因其模量和耐热性较低，冲击强度较差，因此不能直接用作汽车配件材料，轿车中使用的均为改性聚丙烯产品，其耐热性可由80℃提高到145℃～150℃，并能承受一定时间的持续高温。据报道，日本丰田公司推出的新一代聚丙烯HEHCPP产品，可作为汽车仪表板、保险杠，比以TPO（聚烯烃热塑性弹性体）为原料的同类产品成本降低30%，改性聚丙烯用作汽车配件材料来源具有十分广阔的开发前景。汽车行业证券分析师比较看好改性塑料。“改性塑料是塑料制品行业中附加值最高的一类产品。”国内改性塑料行业处于起步阶段，发展前景广阔。业内人士称，在高端塑料制品领域，国内企业的主要瓶颈在于技术水平跟不上，产能较小。与改性塑料相关的上市公司有普利特、金发科技（600143）等。普利特的改性塑料基本为车用。尽管今年汽车销量增速与去年相比有所放缓，不过这不会影响到车用改性塑料的下游需求。汽车产量的增加和汽车轻量化发展趋势都在刺激汽车改性塑料产品需求的增加。国外汽车重量的20%源于改性塑料，而国内的比例是11%。金发科技是国内产品最齐全、产量最大的改性塑料生产企业，公司的销售收入中约40%来自家电、25%来自汽车。汽车轻量化，使包括聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等在内的塑材市场得以迅速放大。近两年，车用塑料的最大品种聚丙烯，每年都在高速增长。
因此，中国汽车材料之发展必将带动一个产业链的起步，一个民族工业兴起，一个汽车工业强国的腾飞！
