车用有色金属新材料的应用及发展

2010-09-07 16:06:23 作者:中国压铸信息网 来源:中铝网 浏览次数:0 网友评论 0

新材料对高科技和新技术具有非常关键的作用,是发展高科技的物质基础,掌握新材料是一个国家在科技上处于领先地位的标志之一。汽车材料的发展是汽车技术发展的重要方面。材料是汽车质量保障的基础,是研制更经济、更

新材料对高科技和新技术具有非常关键的作用,是发展高科技的物质基础,掌握新材料是一个国家在科技上处于领先地位的标志之一。汽车材料的发展是汽车技术发展的重要方面。材料是汽车质量保障的基础,是研制更经济、更安全和更轻便汽车的关键一环。本文对高性能铝合金、镁合金、铜合金、钛合金材料、复合材料在汽车工业等领域中的应用与发展进行了分析。

1  铝合金材料

铝合金是汽车上应用得最快最广的轻金属,其中的关键在于铝合金本身的性能。由于它具有高强高韧、高比强高比模、耐热耐蚀等特性一直受到世界各国的普遍重视。目前车用铝合金已经得到广泛使用,铝合金发动机也屡屡出现。德国奥迪汽车公司在1999年推出的奥迪A2,以全新的轻量化结构,成为世界第一款大批量生产的全铝轿车。奥迪A2的车身采用全铝空间框架车身ASF。所谓ASF概念即仪表板部分由高强度铝结构支撑,空间构架由真空压铸接头的挤压成型段组成,这两者结合成很轻的铝合金车身。从前项柱到行李舱边,包括车门手把坑都是用铝冲压成形,前柱(A柱)是采用高压铸铝新技术,这是一种用于飞行器结构的高难技术,它能够复合加强并改变材料厚度。由于奥迪A2采用ASF空间结构,使车身重量比传统钢制车身轻40%以上,只有895公斤。美国、俄罗斯、西欧等国已开发了具有高比强度、比模量的一系列第二、第三代A1-Li合金,广泛应用于各种先进的航空或航天飞行器、低成本发射装置、超轻油箱计划以及重复使用的航天器核心计划中。多种连续纤维增强铝基复合材料,如B/AL、SiCp/AI、C/AI等复合材料,已在一些工业发达国家开始了工业化生产及应用。世界各国也在积极采用搅拌熔铸、粉末冶金、喷射共沉积等不同方法开发各种性能的非连续增强铝基复合材料。美国是世界上铝及铝材生产和消费量最大的国家。在装备、技术水平、产品质量等各方面,在全员劳动生产率方面都居国际先进水平。我国已经建立了比较完整的铝合金研究和生产体系,铝及铝合金材料产能达到450万吨,实际综合生产能力约350万吨。可生产l8大类,200多种铝合金,2400多个品种,14000多种规格的铝及铝合金加工产品,基本能满足国民经济需求,但高性能、大规模航空用预拉伸铝合金板、高档民用板带箔材如特薄罐用铝合金板、PS基版、高压电子箔材等都达不到国际先进水平,尚不能满足需要我国高性能铝合金的研究开发和生产基本上是跟踪国外技术基础上发展起来的, 已能生产多种牌号的高性能铝合金并用于我国航空航天工业。我国的西南铝业公司建成了铝锂合金专用熔铸生产线;建造了具有国际先进水平的喷射成形大尺寸棒坯、管坯、板坯中试生产设备;对连续、非连续纤维及颗粒增强铝基复合材料开展了大量研究,取得了一定成果,在军工关键部件上获得应用。我国铝合金研究开发与国际先进水平的主要差距表现在:没有完全建立结合我国资源特点具有独立自主知识产权的铝合金系列:热处理和加工工艺研究不够深入,严重影响铝材的品种发展;材料生产成本过高,缺乏国际竞争力;关键设备不配套,重复建设问题突出;基础研究薄弱,研发力量不够。

2  镁合金材料

镁是一种轻质的银白色金属,在镁材中添加一些其它的金属元素,例如铝、锌或者铝、锰等,它就会改变了自己的特征,变成了一种具有较高强度和刚度,具有良好铸造性能和减振性能的轻质合金材料,这些镁合金材料在现代汽车中已得到广泛的应用。早在20世纪30年代大众汽车就使用了镁合金,后来由于镁的价格上升才停止了使用。80年代初,由于采用新工艺,严格限制了铁、铜、镍等杂质元素的含量,使镁合金的耐蚀性得到了解决,同时成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。从90年代开始,欧美、日本、韩国的汽车商都逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。目前镁合金一般用于车上的座椅骨架、仪表盘、转向盘和转向柱、轮圈、发动机气缸盖、变速器壳、离合器壳等零件,其中转向盘和转向柱、轮圈是应用镁合金较多的零件。随着技术的发展将有更多的零件用镁合金制造。镁合金零件带给汽车的好处是显而易见的:一是它的质量轻,其密度只有1.7,是铝的2/3,钢的1/4,换用镁合金就能减轻整车重量,也就间接减少了燃油消耗量。二是它的比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷。三是它具有良好的铸造性和尺寸稳定性,易加工,废品率低,从而降低生产成本。四是它具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可以降低噪声,用于座椅、轮圈可以减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。镁合金虽然有这些优点,但从成本上看它仍然高于铝合金。尽管如此,镁合金的应用前景仍然十分看好。美国、德国、澳大利亚等国都投资数十亿美元,实施各自的镁工业研究开发计划,扩展镁合金在汽车上的应用;福特汽车公司已开始用镁合金来制造悬架零件、制动盘和制动钳等;而日本1990年每辆汽车用镁量仅5公斤,预计2000年底将增至210公斤,占汽车重量的25%,仅次于铝材而超过钢铁的重量。近几年我国开发了具有自主知识产权的系列镁合金专用压铸机以及镁合金熔炼系统,国内市场占有率已达到40%;已开发出8类3c产品和汽车、摩托车零部件,并已实现部分装车;采用下沉阴极电解新工艺,成功制备出稀土含量为15%~20%、具有自主知识产权的低成本镁中间合金,为开发汽车动力、传动系统所需抗高温蠕变和耐腐蚀镁合金奠定基础。我国镁工业当前与国际水平的主要差距是:高强、高韧镁合金,耐热、耐腐蚀镁合金体系方面的研究不够,尚未形成完整的合金体系;镁合金变形加工技术研究开发落后;镁合金基础理论研究不充分;镁合金材料的应用开发起步较晚,应用市场急待开发。

3  铜合金材料

美、日、欧盟、俄罗斯等国为适应电子信息产业和众多高新技术的发展,一直把高强高导铜合金作为研发的重点。国际铜合金技术发展主要集中在:超大规模集成电路引线框架用高强高导铜合金及其先进制备和精密加工技术,涉及的合金体系有Cu—Fe—P系、Cu—Ni—Si系、Cu—Cr-Zr系等,前两种合金体系已形成产业化生产规模;军事工业及电子、电工及汽车业涉及的合金体系有Cu—A1203、Cu—TiB2等。我国铜合金材料已形成了较完整的研究开发和生产体系,基本上能研究开发、试制、生产我国工程和高新技术发展所需的新型铜合金材料。在高精度铜材加工技术方面,已研制开发出厚度为0.05mm以下的汽车水箱用超薄铜带加工技术和产品,厚度为13-35 u m、宽1500mm的电解铜箔和厚度为6~9 u m超薄电解铜箔加工技术和产品,成功地开发出空调器用铜合金空调管;采用挤压一轧制一拉伸工艺研究开发出外矩内圆铜合金管和特种管材,并掌握了集成电路引线框架用铜合金薄带的加工技术和产品;在特殊铜合金材料方面,已成功研究开发出汽车行业用耐磨铜合金同步齿环材料、特殊黄铜弹性材料、铜合金记忆材料、铜锰系铜合金阻尼材料及艺术铜、货币铜合金材料。当前与国际水平的主要差距是:高强高导精密铜合金材料基础研究薄弱,研究缺乏系统性;精密加工技术落后,尚不能规模化生产超薄铜带;制备方法原理与技术研究落后,先进制备技术研究差距更大。

4   钛合金材料

钛材料的轻质、高强度等性能早已为汽车制造商所注目。目前的赛车几乎都使用了钛材。汽车用钛部件主要包括:阀:美国利用钛合金制作进、排气阀较普遍,利用钛合金制作汽车阀,不仅可以减轻重量,延长使用寿命,而且可靠性高,还可节省燃油。连杆:用钛合金制造连杆对减轻发动机重量最有效,能大大提高性能。还有其他部件,包括汽车上的螺栓.
 

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