新材料在汽车发展的应用
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【摘要】：现代对汽车性能要求越来越高，轻量化、节能降耗和
降低排放污染是现在汽车发展的趋势，而轻量化必须从改进汽车的
材料出发，研制性能更好更轻的汽车材料从而带来能源消耗的减少，进而排放污染随之降低，汽车材料的发展是汽车技术发展的重要方面，新材料对于汽车工业的发展是至关重要的。
【关键词】：新材料（合金，新型塑料，纳米材料等）；汽车
对于汽车工程材料来说，其总的发展趋势是：结构材料中钢铁
材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分
子材料等新型材料的用量将有所上升。在性能可靠的条件下，尽可
能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。随
着大量新材料，如高分子材料、复合材料等的迅速发展，为现代汽
车的发展提供了必要的条件。复合材料、陶瓷材料、特殊用途材料
的用量呈增长趋势。新材料对于汽车工业的发展是至关重要的，下
面就分几个方面介绍一下最新汽车材料的应用，车身新材料的种类: 镀锌钢板
随着汽车工业发展，为了提高车体使用寿命和增强车体材料的
抗腐性能，镀锌钢板得到广泛使用。由于在目前汽车车身制造中，
主要采用电阻点焊方法，与无镀层钢板相比，镀锌钢板的点焊过程
中还存在一些问题：先于钢板熔化的锌层形成锌环而分流，致使焊
接电流密度减小；锌层表面烧损、污染电极而使电极寿命降低；锌
层电阻率低，接触电阻小；容易产生焊接飞溅、裂纹及气孔等缺陷。
高强度钢板
从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有
后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。现在的
高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度大幅度提高，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性
能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。
含磷高强度冷轧钢板
含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱
盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较
高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，
即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的
耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能。
烘烤硬化冷轧钢板
经过冲压拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。
这种简称BH钢板的烘烤硬化积薄又有足够的强度，是车身外板轻量
化设计首选材料之一。
冷轧双向钢板
具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性
的特点，如经烤漆后其强度可进一步提高。适用于形状复杂且要求
强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车
门加强板、保险杠等。
超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适
量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板
的强度。实现了深冲性与高强度的结合，特别适用于一些形状复杂
而强度要求高的冲压零件。
轻量化迭层钢板
迭层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢
板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。与具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。隔热防振性能良好，
主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。
铝合金
与汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、强度高、
耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。全
铝车身骨架和外板结构可以比传统钢材料车身重量减轻了很多，使
平均油耗降低。由于所有的铝合金都可以回收再生利用，深受环保
人士的欢迎。
镁合金
镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽
能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛
的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的盐分中含 3.7%的镁。近年来镁合金在世界范围内的增
长率高达20％。
铸造镁合金的车门由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁合金骨架、内板组成。另一种镁合金制成的车门，它由内外车门板和中间
蜂窝状加强筋构成，每扇门的净质量比传统的钢制车门轻10kg，且
刚度极高。随着压铸技术的进步，已可以制造出形状复杂的薄壁镁
合金车身零件，如前、后挡板、仪表盘、方向盘等。
泡沫合金板
泡沫合金板由粉末合金制成，其特点是密度小，仅为0.4～
0.7g／cm3，弹性好，当受力压缩变形后，可凭自身的弹性恢复原料
形状。泡沫合金板种类繁多，除了泡沫铝合金板外，还有泡沫锌合
金、泡沫锡合金、泡沫钢等，可根据不同的需要进行选择。由于泡
沫合金板的特殊性能，特别是出众的低密度、良好的隔热吸振性能，深受汽车制造商的青睐。目前，用泡沫铝合金制成的零部件有发动
机罩、行李箱盖等。
蜂窝夹芯复合板
蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。根据夹芯材料的不同，可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强
树脂蜂窝、铝蜂窝等；面板可以采用玻璃钢、塑料、铝板和钢板等
材料。由于蜂窝夹芯复合板具有轻质、比强度和比刚度高、抗振、
隔热、隔音和阻燃等特点，故在汽车车身上获得较多应用，如车身
外板、车门、车架、保险杠、座椅框架等。英国发明了一种以聚丙
烯作芯，钢板为面板的薄夹层板用以替代钢制车身外板，使零件质
量减轻了50%~60%，且易于冲压成型。
工程塑料
与通用塑料相比，工程塑料具有优良的机械性能、电性能、耐
化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性等特点，且比要取代的金属
材料轻、成型时能耗少。二十世纪七十年代起，以软质聚氯乙烯、
聚氨酯为主的泡沫类、衬垫类、缓冲材料等塑料在汽车工业中被广
泛采用。预测将有全塑料化的汽车车身，塑料化后的车身将取得了
轻量化方面的明显成果。
车身新材料应用的现状
为解决新材料的防腐蚀保护和连接，大众采用创新的冲孔铆接法、迭边压接、激光钎焊等技术。路波TDI的自重为830kg，包括417kg（50.5％）的钢、136kg轻质金属（16.4％，包括3.7kg的镁）、116kg塑料（14.0％）。在保证车身抗扭刚度、使用寿命和
安全性的前提下，车身的重量减轻了50kg，汽车的总重减轻了
154kg。由于汽车自重大幅度减轻，使得百公里油耗降至2.99升，
总能量消耗只是传统汽车的一半。这意味着二氧化碳的排放量也将
减少一半，碳氢化合物的排放量降到四分之一，是典型的环保型轿车，也是世界上批量生产的最经济轿车之一。
纳米新材料在汽车上的应用前景。科研人员发现，当微粒达到
纳米量级时会出现一种新奇现象，它的周期性边界被破坏，从而使
其声、光、电、磁、热力学等性能呈现出与传统材料的极大差异。
根据纳米材料的结构特点，把不同材料在纳米尺度下进行合成与组合，可以形成各种各样的纳米复合材料，例如纳米功能塑料。
一般塑料常用的种类有PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、ABS(方烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PA(聚酰胺)、PC(聚碳酸酯)、
PS(聚苯乙烯)等几十种，为满足一些行业的特殊需求，用纳米技术
