铝合金板材在汽车生产中的应用探究

王欢

重庆科技学院 重庆市 401331

在经济全球化与经济发展速度飞快的时代背景下，环境污染问题以及能源枯竭的问题成为制约国家持续性发展的重要因素。而在世界汽车工业方面，对于汽车的节能环保性生产也更加重视，汽车的轻量化发展成为各类型大厂，汽车企业提升自主竞争力的核心途径。随着汽车轻量化这一概念被提出，许多轻量化的新型材料被研究和应用在汽车工业生产过程中，同时，也成为了近年来汽车工业发展过程中关注的热点问题。其中，铝合金板材在应用过程中具有密度较小、强度较高、抗冲击性能好、表面衣着色以及回收利用效率较高等优势，这些独特的应用与优势，也让铝合金板材成为汽车轻量化发展最为理想的材料，并且相比于其他轻量化新型材料来说铝合金板材在应用过程中具有成本投入较小、应用范围较广等优势。在全国汽车结构中，白色车身的汽车占全国汽车总比的30%，如果采用铝合金板材覆盖汽车面积，能够使整车的重量减轻改为汉字数字到15%，由此可见，铝合金板材在汽车工业生产中的应用成效是十分显著的。除此之外，铝合金板材还具有良好的抗震性能，能够确保汽车在碰撞过程中驾驶人员的安全性，同时，应用铝合金板材的车身质量下降，在发生碰撞时汽车产生的动能也会减小，极大地降低了汽车碰撞对于驾驶员带来的冲击力。总而言之，采用铝合金板材作为汽车覆盖件的新型应用材料，在推动汽车的轻量化发展以及环保化发展方面都具有较为广泛的应用价值。

1 铝合金板材自身的特色以及在汽车轻量化中的应用特性

铝合金是地壳中含量最多的一种金属元素，铝合金板材通过相应的工艺加工技术，能够形成密度较低、强度较高、抗冲击性能较强的理想型汽车覆盖材料，同时铝合金材料还具有回收利用效率较高的优势，极大的符合了目前汽车行业节能环保化、可持续发展化的方向。密度较低的金属元素让铝合金相比于合金钢铁材料来说更具优势，铝合金材料在强度以及钢硬度方面明显要低于钢铁材料，但是铝合金材料可以通过加厚设计或优化设计来提升自身的强度和硬度，使铝合金板材也能够达到与钢铁板材同样的硬度水平。由于铝合金属元素的密度要远远低于钢铁元素，因此，即使不断增加铝合金板材的厚度，铝合金金属构件的轻量化效果依然非常显著。根据相关数据证明，在相同的钢硬度条件下铝合金材料的减重效果能够达到50%。目前，随着国家经济的持续发展以及人均持车辆的不断增加，人们的环保意识也在被逐渐唤醒，而对于报废汽车回收以及报废汽车材料再利用的研究也得到了社会各界的广泛关注。铝合金材料的性能优势决定了铝合金板材具有较高的回收利用价值，其回收利用率可高达80%左右，并且铝合金材料并不会对周边自然环境带来污染，可以说是真正意义上的绿色汽车制造材料。

铝合金材料在汽车工业生产中的应用能够达到汽车轻量化的目的，在减轻汽车车身重量的同时，还能够保障汽车外壳的强度以及安全性能，有助于帮助汽车减少燃料的消耗，降低汽车尾气对于周边大气环境带来的污染程度。首先，铝合金板材在汽车生产工艺中的应用能够起到显著的减重效果，根据数据统计，汽车重量每降低10%，汽车燃油的利用效率就能够提高6%，与此同时，对于汽车零部件中变速器等其他装置的轻量化处理也能够有效地提升汽车零部件的传动效率，进一步加大汽车对于燃油的利用效率。其次，对于铝合金材料的应用，还能够有效地提升汽车行驶过程中的安全性能。铝合金材料的应用是汽车车身的质量不断减轻，有效地提升了汽车的制动性能，同时，汽车质量在减轻的条件下汽车只需要承受较低的牵引负荷，避免汽车碰撞时大量冲击力为驾驶人员带来的危害。第三，铝合金材料的应用还能够提升新能源汽车的续航里程。新能源汽车主要以电力能源作为驱动汽车的核心能源，而新能源汽车的轻量化，包括了车身的轻量化、电池的轻量化以及内部零部件的轻量化等等。新型铝合金轻量化材料在新能源汽车中的应用，能够在维持新能源汽车原有外壳钢强度的条件下，帮助新能源汽车提升续航里程[1]。

目前，在能源紧缺以及环境污染严峻的背景条件下，新能源汽车的开发已经成为未来大厂汽车产业发展的必然趋势。而纯电动汽车也是目前最具价值和发展前景的产品，对于纯电动汽车来说，汽车车身的质量每减少100千克，其续航里程就能够增加10%，同时，还能够节约15%到20%的电池成本，极大地解决了人们在新能源汽车电池续航里程方面的顾虑。如果在新能源汽车的车身上使用铝合金板材轻量化技术，新能源汽车的车身重量将会减轻10%，极大地帮助新能源汽车减少了电力的消耗并增加了续航里程。因此，铝合金板材在汽车的轻量化发展以及环保性发展方面具有极大的应用价值。

2 铝合金板材在国内汽车生产应用中存在的问题

虽然铝合金板材具有供应充足、回收利用效率较高等优势，尤其是在汽车的轻量化发展方面还具有极高的应用价值，但是目前国内对于铝合金板材制造汽车车身的研发和应用还没有大规模的展开，铝合金板材在汽车生产中的应用还存在一系列问题。

2.1 缺乏自主创新性

国内关于铝合金板材在汽车制造中的应用多数是基于既有牌号的铝合金板材，并没有研发出独具自身特色的创造性铝合金材料，而铝合金材料在国内汽车生产企业中大多数被应用在汽车的覆盖面上，相比于欧美以及国外主要汽车生产企业之间还存在较大的差距。因此，我国必须要进一步加快对于新型铝合金板材在汽车覆盖件方面的研究和应用，尽早研发出具有我国独立知识产权的创新型铝合金车身金属板材[2]。

2.2 铝合金板材的生产工艺不够完善

目前，我国的铝合金加工厂对于生产车身覆盖件的铝合金板材方面经验不足，只能够生产少数具有排号的车用铝合金金属板材。例如，东北的轻合金加工轿车车门锁采用的5754铝合金板材就属于少数排号汽车专用铝合金板材之一。而对于其他品牌或其他牌号的铝合金板材生产工艺，还没有完全的开发出来，同时，我国所生产的铝合金板材材料在应用性能方面，相比于西方发达国家来说还存在一些问题。例如，目前国内生产的铝合金板材在抗失效稳定性、应用强度、抗凹陷性能方面都不能满足作为车身覆盖件的需求。与此同时，铝合金板材在车身覆盖件中的应用还存在力学性能不均匀、各项异性较大、被强大冲击力冲击时可能会出现裂口的隐患。除此之外，由于我国研发的铝合金板材车身覆盖件质量问题，在涂漆后还存在光泽不均匀的现象，产品在尺寸精确度、综合使用性能方面都不够稳定，甚至存在同一批生产材料使用性能偏差性较大的问题[3]。

2.3 铝合金板材的研发体系不够完善

近年来，虽然业界专家以及行业学者开始研究一系列关于铝合金板材的项目，例如，对铝合金板材中加入不同的稀土元素，分析不同稀土元素与铝合金元素是效特性间的关系。或研究不同的金属配比以及热处理工艺对铝合金板材使用性能以及力学性能的影响等等，但是这些研究工作均没有得到系统化的建设和发展，研究的成果也未经成熟，还不能够应用在车辆的制造过程中[4]。

3 铝合金板材在汽车生产中的应用

国外研究铝合金板材在汽车生产中的应用更加重视，对于6000系列的铝合金板材开发和研究，例如，许多欧洲国家在汽车覆盖件的生产过程中，应用的是成型性能较好的6016铝合金材料，而很多北美国家在汽车生产工艺中应用最为广泛的是强度较高的611铝合金板材以及抗腐蚀性能较强的6022铝合金板材[5]。在日本的汽车厂家生产过程中，最为常见的铝合金板材是6016和6022铝合金板材，并且这些铝合金板材，多数被应用在汽车的覆盖件制造方面。例如，福特汽车的T系列、法拉利汽车的360赛车、捷豹汽车的NEWXJ、奥迪A8等汽车的车身都有对铝合金板材的应用，而铝合金板材在这些汽车中的应用，多数被应用在车顶、行李箱、以及车门等部位[6]。

目前，我国已经生产出5000系列的铝合金板材，也被广泛地应用在汽车生产制造过程中。例如5754铝合金板材就被广泛地应用在国产汽车的车门构建中，5754铝合金板材具有应用质量稳定、成材率较高的特征，当前，5000系列的铝合金板材已经被应用在我国首次批量生产的小轿车模板中[7]。除此之外，中国矿业大学也对6000系列铝合金板材进行了进一步的改造和优化，当前，6000系列的铝合金板材已经被广泛地应用在长安汽车的生产制造过程中，6000系列的铝合金板材主要被应用在汽车的发动机覆盖件上，其成品率高达90%。在2009年6000系列的铝合金板材已经开始被推广应用到汽车车身身板的应用过程中，并且实现了汽车车身的批量生产应用，这也是我国首次采用铝合金板材生产汽车车身板，打破了传统汽车车身板生产过程中从国外引进板材的局限性。近年来，随着我国对铝合金板材生产技术的不断研究，当前，应用我国的铝合金金属板材所生产出的汽车车身版无论是在表面质量还是使用性能方面，都已经能够与国外生产的铝合金板材产品相媲美[8]。

除此之外，铝合金板材在客车的生产和应用中也较为广泛。例如，在2008年我国郑州市的宇通研发起正式研发出新型的公交客车，这种公交客车的车身就应用了铝合金板材，创造了我国国内首款全铝车身、节能环保型的客车。在此之前，我国的客车车门多数是钢铁材料所制成的，钢铁材料制成的客车车门具有质量较大的缺陷性，每一个车门的重量高达二十二十七公斤，但是采用全铝合金板材制造的客车，车门重量只有十公斤，相比于传统的汽车车门来说质量减轻了一半以上，同时整体车身的重量也比传统的客车重量降低了一半以上，而铝合金板材在客车车身中的应用，既达到了节能环保的目的还是有效地提升了客车出行的安全性。

在未来，我国对于铝合金板材的研究将会不断地融入其他复合材料，以铝基复合材料作为汽车车身覆盖件的主要应用材料[9]。例如，目前，我国研发出的纤维增强型铝合金板材就具有较高的应用强度以及弹力。根据相关报道，目前，纤维增强型铝合金板材已经被成功地应用于汽车的发动机连杆以及汽缸套等重要的零部件方面。而在国际中，日本的本田公司所开发的连续铝纤维增强型铝基复合材料可以取代传统的钢铁零部件材料不仅能够起到减轻车身重量的目标，同时还能够缩小气缸的变形问题，有效地提升了气缸以及活塞之间的耐磨程度。而在我国，国内关于理据复合材料的研究还处于探索阶段中，目前铝基复合材料多数应用在军工领域，但是，随着科技力量的发展铝基复合型材料在汽车行业内的应用将会推动我国汽车生产行业迈向新的发展高度[10]。

4 结语

综上所述，铝合金板材在汽车生产制造中具有强度较高、重量较轻、抗撞击性能较强等优势，对于推动我国汽车的轻量化发展具有重要的应用价值，因此，我国应该不断加强对于新型铝合金板材的研究和在汽车生产工艺中的应用，推动我国汽车生产行业的高质量发展。