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摘 要：对汽车行业而言，汽车轻量化无论在提高汽车性能、实现汽车节能减排还是提高汽车安全性方面都起到重要的促进作用。在经济全球化发展的背景下，面临着突出的环保问题和资源紧缺问题，使得绿色节能是当前阶段企业工业发展的主要方向。要想实现企业工业环保、节约目标，必须在减少汽车重量的基础上不影响汽车使用质量，汽车轻量化的技术在当前是制约因素很少、具有较高可行性且比较节约的一种方式，而这一目标的实现与新材料的应用密不可分。本文首先分析汽车轻量化比较常见的几种材料，之后分析阻碍我国汽车轻量化新材料应用的因素，最后探讨新材料在汽车轻量化技术中的运用策略。
关键词：新材料 汽车轻量化技术 运用
Discussion on the Application of New Materials in Automobile Lightweight Technology
Liu Zhibin
Abstract：For the automotive industry， automotive lightweight plays an important role in improving automotive performance， achieving automotive energy saving and emission reduction， or improving automotive safety. In the context of the development of economic globalization， facing outstanding environmental protection and resource shortage problems， green energy conservation is the main direction of enterprise industrial development at the current stage. To achieve the industrial environmental protection and savinge goals of the enterprise， it is necessary to reduce the weight of the car without affecting the quality of the car. The lightweight technology of the car is currently a way with few restrictive factors， high feasibility and relative economy. The realization of this goal is inseparable from the application of new materials. This article first analyzes several common materials for automobile lightweight， then analyzes the factors that hinder the application of new materials for automobile lightweight in China， and finally discusses the application strategies of new materials in automobile lightweight technology.
Key words：new materials， automotive lightweight technology， application
近年來城市化和工业化进程逐步加快，全球均增强了资源保护和环境保护意识。世界各国经济快速发展背景下人们对生态环境协调发展越来越重视，世界发展的主题转变为节能减排和环保[1]。企业工业作为排放和消耗量较多的产业，必须减少污染排放和降低燃油消耗，这样才能实现可持续发展的目标。当前阶段国内解决汽车环保、节能和安全问题时主要通过发展发动机技术、发展新能源汽车和实现汽车轻量化三种方式进行。汽车发展中新能源汽车是主要发展方向，但在市场接受度、设施配套建设和基础设施配套建设等影响下整体发展比较缓慢，因此当前背景下汽车工业实现节能减排目标的主要途径之一是汽车轻量化。
1 汽车轻量化较为常见的新材料
1.1 塑料和复合材料
人们对在汽车轻量化技术中应用塑料和非金属复合材料也越来越重视。塑料重量很轻，且不会出现锈蚀或腐蚀等问题，且加工操作简单，经济实惠。可在各种内装件上使用塑料合金、工程塑料等，比如应用于汽车顶棚、仪表盘和各种箱体盖等。技术逐步发展成熟也可以在外饰件和结构件等零件上应用，塑料材料的应用越来越广泛。
1.2 镁合金
镁是轻质金属材料的一种，目前汽车轻量化技术中镁合金占据越来越重要的地位，在该方向的研究中已经取得了有效的效果。不仅可于汽车车身和底盘上应用镁合金，而且可在结构件等方面应用[2-3]。其中，铸造镁合金是镁合金材料中应用较为广泛的一种材料，如AZ和AM系列。此外，还可将变形镁合金材料应用与其他车身部位，如车身框架和车身组件，减轻车身重量。
1.3 高强度钢
汽车材料中应用得最广泛的就是钢铁材料。其中，汽车轻量化技术中应用超高强度或高强度钢对减轻汽车质量方面都具有重要的促进作用。在汽车车架和汽车负载部位应用高强度钢板替代铸铁和普通钢，很大程度上减轻了车身质量。汽车转向零件等一些对强度要求较高的部件可应用高强度钢，且此类材料也可以应用于底盘或车身等，实现轻量化的目标。 1.4 铝合金
近年来汽车轻量化中广泛应用了铝合金材料，其在轻型车方面的应用更为广泛，且呈逐年增加趋势[4]。铝合金是一种质量很轻的材料，国内轻量化技术中研究比较深入的就是铝合金材料，且这一技术发展越来越成熟。其中，铸造铝合金在底盘和发动机等零部件上的应用比较广泛，满足了汽车安全的需要，变形铝合金则主要应用在汽车部位如车身构建和车身零件，如车轮、保险杠、车门、发动机盖、顶盖等等。此外，目前人们也加大力度研究铝合金中粉末冶金铝合金、超塑性铝合金等材料，其在轻量化中占据不可替代的地位。
2 制约我国汽车轻量化新材料应用的主要因素
從汽车轻量化材料的应用角度分析，其主要考量指标是技术可行性和经济合理性。所以，当前阶段对我国汽车轻量化新材料应用产生阻碍的因素中技术和成本属于重点问题，这也是汽车行业一直以来都面临的发展难题。
2.1 技术问题
汽车轻量化要求材料变薄、变轻，且不可将其整体强度甚至要有所提高，但提高强度后增加了加工难度。比如在提高车用钢板强度后对冲压工艺的要求不断提高，需要通过复杂的工艺手段来改善了深冲过程中材料出现的起皱和开裂问题，且需要满足高强度钢成型回弹大等缺陷[5]。现如今很多钢厂也加大了研发投入力度，但仍然无法克服钢板强度与冲压成形困难二者之间的矛盾。此外，虽然我国引进了高强度钢生产线，但还未建立这一技术及其应用基础数据，对高强度钢的热成型缺乏基础数据指导，导致国内外热成型热冲压技术存在较大差距。且无论是合金改良还是制造工艺灵活化等都给镁合金、铝合金的应用带来较大的挑战，批量生产和车身成型技术以及高速连接技术也有待关键技术的突破，例如，铝合金板材折弯开裂、成形回弹、切边毛刺难控制等问题。在复合材料方面，从整体上分析，复合材料工业整体处于落后状态，日本东丽株式会社等掌握了高端材料的核心技术，如碳纤维等，而国内能够生产高端碳纤维的企业很少。目我国汽车轻量化技术中应用新材料时主要受到技术不足等因素影响，这就导致我国高端铝和高强钢等用量与国际先进水平相比还存在一定差距。
2.2 成本问题
除了上述提到的技术方面因素之外成本问题也是制约新材料在汽车轻量化技术中运用的主要因素。首先，研发成本高。企业研发新材料不仅需要投入大量的人力和物力，而且需要投入较高的财力，从材料研究分析可知其具有较高的风险，周期很长，很难预测投资回报率。虽然时代发展背景下汽车企业和材料企业一致认可轻量化材料的应用趋势，但是仅有少量企业有实力研发轻量化新材料[6]。其次，材料成本高。镁、铝合金等材料价格较高，与传统材料如钢材、铸铁相比前者价格更高，这是新材料成本高的主要体现;将其与轻量化材料高强钢比较新材料价格并不存在优势。企业应用这些材料可以减轻1kg的重量，但大大增加了汽车成本。比如在20世纪90年代时技术改良后铝制车身被研发成功，然而应用铝车身的仅有捷豹路虎与奥迪两家汽车制造企业。再者，制造成本高。通过分析铝合金技术和工艺流程可知，技术上要求较高，且工艺复杂，需要投入较高的生产制造成本。若汽车应用铝合金制造车身覆盖件，如发生变形或磨损等问题就面临全部更换的问题，成本较高[7]。
3 新材料在汽车轻量化技术上的运用
3.1 合理选择新材料
新材料的具有不同的性能，因此其实用性和优缺点也具有一定的差异，需要工作人员选择新材料时全面考虑材料的特点，科学选择合适的材料。选用材料时首先需要考虑安全问题，确保选用材料可以保证车辆整体的安全和性能，注意选用冲击性能好且抗碰撞的材料，但要比其他的新材料质量更高。虽然目前我国镁合金方面的技术研究已经很成熟，且其质量很轻，但是从力学方面分析性能较差，且将其应用于重点构件时并不安全，需要考虑的因素较多，必须选择合理的新材料。
3.2 创新新材料核心技术
汽车轻量化中应用需要选择性能符合要求的新材料，加大资金投入研究新材料，全面开展轻量化材料的创新研发。各高校、科研机构、国企等加大合作力度，加大技术研究，共同建设实验室共同进步，将产品和研发二者高度融合，以此提高效率，使科学技术和科研成果变为产品，在改进的过程中逐步得到发展[8]。鼓励企业引进和学习新技术，吸收的基础上进行合理利用，加大自主研发新产品力度，强化资金鼓励和政策支持。
3.3 扩大新材料应用规模
汽车轻量化已是大势所趋，汽车企业必须把握这一发展趋势致力于新产品的研发，找准自身产品定位，优化产品结构，刺激消费提升，在市场上占据更多份额，推动汽车轻量化材料改良的同时实现规模化生产的目标，促进经济朝着规模化方向发展，降低生产成本，扩大市场需求。发挥技术创新的作用对材料生产制造成本进行控制，回收并利用可用的材料，实现提高资源利用率的目标，促进我国汽车轻量化材料产业链变得更为完善，使我国轻量化材料逐步朝着绿色方向发展，如此一来也能逐步拓宽下游应用市场[9]。鼓励更多材料企业投入到汽车轻量化材料的研究中，使产业链得到延伸，逐步完善汽车轻量化相关的服务，提高后期服务和维护能力，为轻量化材料朝着产业化方向发展起到推动作用。
4 结束语
应用新材料在汽车轻量化的应用不仅能有效降低汽车重量，而且实现了节能减排的目标，由此可知这一材料在汽车轻量化方面的应用具有重要的现实意义。通过分析目前我国汽车轻量化中新材料应用存在的问题，为汽车材料工程师在选择材料时，考虑汽车安全和使用性能提供综合参考。在此基础上，加快轻量化新材料的研发力度并促进其升级，加强核心材料的技术研究，弥补材料缺陷方面的问题，在降低汽车制造成本的基础上提高制造工艺的适应性，实现规模化应用，通过降低成本实现汽车轻量化目标。
参考文献：
[1]谢冬宁.新型材料在汽车轻量化中的应用[J].黑龙江科技信息，2016，32（32）：166-166.
[2]郝明.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用研究[J].工程技术（全文版），2017（2）：280-280.
[3]武万斌，年雪山.汽车轻量化技术发展趋势[J].汽车工程师，2017（1）：15-17.
[4]孙琦祥.关于化工新材料应用推动汽车轻量化的思考[J].中国化工贸易，2019，11（4）：244.
[5]郭玉琴，朱新峰，杨艳，等.汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J].锻压技术，2015，40（3）：1-6.
[6]陈进.汽车轻量化材料及制造工艺研究浅析[J].中国市场，2016（41）：40-42.
[7]孙文明.新材料在汽车轻量化中的应用探究[J].今日财富，2019（22）：69-69.
[8]郭韦华.轻量化技术在汽车工程中的应用[J].工程技术研究，2020，5（3）：127-128.
[9]张志明.关于化工新材料应用推动汽车轻量化的研究[J].百科论坛电子杂志，2019（1）：746-747.
关键词：新材料 汽车轻量化技术 运用
Discussion on the Application of New Materials in Automobile Lightweight Technology
Liu Zhibin
Abstract：For the automotive industry， automotive lightweight plays an important role in improving automotive performance， achieving automotive energy saving and emission reduction， or improving automotive safety. In the context of the development of economic globalization， facing outstanding environmental protection and resource shortage problems， green energy conservation is the main direction of enterprise industrial development at the current stage. To achieve the industrial environmental protection and savinge goals of the enterprise， it is necessary to reduce the weight of the car without affecting the quality of the car. The lightweight technology of the car is currently a way with few restrictive factors， high feasibility and relative economy. The realization of this goal is inseparable from the application of new materials. This article first analyzes several common materials for automobile lightweight， then analyzes the factors that hinder the application of new materials for automobile lightweight in China， and finally discusses the application strategies of new materials in automobile lightweight technology.
Key words：new materials， automotive lightweight technology， application
近年來城市化和工业化进程逐步加快，全球均增强了资源保护和环境保护意识。世界各国经济快速发展背景下人们对生态环境协调发展越来越重视，世界发展的主题转变为节能减排和环保[1]。企业工业作为排放和消耗量较多的产业，必须减少污染排放和降低燃油消耗，这样才能实现可持续发展的目标。当前阶段国内解决汽车环保、节能和安全问题时主要通过发展发动机技术、发展新能源汽车和实现汽车轻量化三种方式进行。汽车发展中新能源汽车是主要发展方向，但在市场接受度、设施配套建设和基础设施配套建设等影响下整体发展比较缓慢，因此当前背景下汽车工业实现节能减排目标的主要途径之一是汽车轻量化。
1 汽车轻量化较为常见的新材料
1.1 塑料和复合材料
人们对在汽车轻量化技术中应用塑料和非金属复合材料也越来越重视。塑料重量很轻，且不会出现锈蚀或腐蚀等问题，且加工操作简单，经济实惠。可在各种内装件上使用塑料合金、工程塑料等，比如应用于汽车顶棚、仪表盘和各种箱体盖等。技术逐步发展成熟也可以在外饰件和结构件等零件上应用，塑料材料的应用越来越广泛。
1.2 镁合金
镁是轻质金属材料的一种，目前汽车轻量化技术中镁合金占据越来越重要的地位，在该方向的研究中已经取得了有效的效果。不仅可于汽车车身和底盘上应用镁合金，而且可在结构件等方面应用[2-3]。其中，铸造镁合金是镁合金材料中应用较为广泛的一种材料，如AZ和AM系列。此外，还可将变形镁合金材料应用与其他车身部位，如车身框架和车身组件，减轻车身重量。
1.3 高强度钢
汽车材料中应用得最广泛的就是钢铁材料。其中，汽车轻量化技术中应用超高强度或高强度钢对减轻汽车质量方面都具有重要的促进作用。在汽车车架和汽车负载部位应用高强度钢板替代铸铁和普通钢，很大程度上减轻了车身质量。汽车转向零件等一些对强度要求较高的部件可应用高强度钢，且此类材料也可以应用于底盘或车身等，实现轻量化的目标。 1.4 铝合金
近年来汽车轻量化中广泛应用了铝合金材料，其在轻型车方面的应用更为广泛，且呈逐年增加趋势[4]。铝合金是一种质量很轻的材料，国内轻量化技术中研究比较深入的就是铝合金材料，且这一技术发展越来越成熟。其中，铸造铝合金在底盘和发动机等零部件上的应用比较广泛，满足了汽车安全的需要，变形铝合金则主要应用在汽车部位如车身构建和车身零件，如车轮、保险杠、车门、发动机盖、顶盖等等。此外，目前人们也加大力度研究铝合金中粉末冶金铝合金、超塑性铝合金等材料，其在轻量化中占据不可替代的地位。
2 制约我国汽车轻量化新材料应用的主要因素
從汽车轻量化材料的应用角度分析，其主要考量指标是技术可行性和经济合理性。所以，当前阶段对我国汽车轻量化新材料应用产生阻碍的因素中技术和成本属于重点问题，这也是汽车行业一直以来都面临的发展难题。
2.1 技术问题
汽车轻量化要求材料变薄、变轻，且不可将其整体强度甚至要有所提高，但提高强度后增加了加工难度。比如在提高车用钢板强度后对冲压工艺的要求不断提高，需要通过复杂的工艺手段来改善了深冲过程中材料出现的起皱和开裂问题，且需要满足高强度钢成型回弹大等缺陷[5]。现如今很多钢厂也加大了研发投入力度，但仍然无法克服钢板强度与冲压成形困难二者之间的矛盾。此外，虽然我国引进了高强度钢生产线，但还未建立这一技术及其应用基础数据，对高强度钢的热成型缺乏基础数据指导，导致国内外热成型热冲压技术存在较大差距。且无论是合金改良还是制造工艺灵活化等都给镁合金、铝合金的应用带来较大的挑战，批量生产和车身成型技术以及高速连接技术也有待关键技术的突破，例如，铝合金板材折弯开裂、成形回弹、切边毛刺难控制等问题。在复合材料方面，从整体上分析，复合材料工业整体处于落后状态，日本东丽株式会社等掌握了高端材料的核心技术，如碳纤维等，而国内能够生产高端碳纤维的企业很少。目我国汽车轻量化技术中应用新材料时主要受到技术不足等因素影响，这就导致我国高端铝和高强钢等用量与国际先进水平相比还存在一定差距。
2.2 成本问题
除了上述提到的技术方面因素之外成本问题也是制约新材料在汽车轻量化技术中运用的主要因素。首先，研发成本高。企业研发新材料不仅需要投入大量的人力和物力，而且需要投入较高的财力，从材料研究分析可知其具有较高的风险，周期很长，很难预测投资回报率。虽然时代发展背景下汽车企业和材料企业一致认可轻量化材料的应用趋势，但是仅有少量企业有实力研发轻量化新材料[6]。其次，材料成本高。镁、铝合金等材料价格较高，与传统材料如钢材、铸铁相比前者价格更高，这是新材料成本高的主要体现;将其与轻量化材料高强钢比较新材料价格并不存在优势。企业应用这些材料可以减轻1kg的重量，但大大增加了汽车成本。比如在20世纪90年代时技术改良后铝制车身被研发成功，然而应用铝车身的仅有捷豹路虎与奥迪两家汽车制造企业。再者，制造成本高。通过分析铝合金技术和工艺流程可知，技术上要求较高，且工艺复杂，需要投入较高的生产制造成本。若汽车应用铝合金制造车身覆盖件，如发生变形或磨损等问题就面临全部更换的问题，成本较高[7]。
3 新材料在汽车轻量化技术上的运用
3.1 合理选择新材料
新材料的具有不同的性能，因此其实用性和优缺点也具有一定的差异，需要工作人员选择新材料时全面考虑材料的特点，科学选择合适的材料。选用材料时首先需要考虑安全问题，确保选用材料可以保证车辆整体的安全和性能，注意选用冲击性能好且抗碰撞的材料，但要比其他的新材料质量更高。虽然目前我国镁合金方面的技术研究已经很成熟，且其质量很轻，但是从力学方面分析性能较差，且将其应用于重点构件时并不安全，需要考虑的因素较多，必须选择合理的新材料。
3.2 创新新材料核心技术
汽车轻量化中应用需要选择性能符合要求的新材料，加大资金投入研究新材料，全面开展轻量化材料的创新研发。各高校、科研机构、国企等加大合作力度，加大技术研究，共同建设实验室共同进步，将产品和研发二者高度融合，以此提高效率，使科学技术和科研成果变为产品，在改进的过程中逐步得到发展[8]。鼓励企业引进和学习新技术，吸收的基础上进行合理利用，加大自主研发新产品力度，强化资金鼓励和政策支持。
3.3 扩大新材料应用规模
汽车轻量化已是大势所趋，汽车企业必须把握这一发展趋势致力于新产品的研发，找准自身产品定位，优化产品结构，刺激消费提升，在市场上占据更多份额，推动汽车轻量化材料改良的同时实现规模化生产的目标，促进经济朝着规模化方向发展，降低生产成本，扩大市场需求。发挥技术创新的作用对材料生产制造成本进行控制，回收并利用可用的材料，实现提高资源利用率的目标，促进我国汽车轻量化材料产业链变得更为完善，使我国轻量化材料逐步朝着绿色方向发展，如此一来也能逐步拓宽下游应用市场[9]。鼓励更多材料企业投入到汽车轻量化材料的研究中，使产业链得到延伸，逐步完善汽车轻量化相关的服务，提高后期服务和维护能力，为轻量化材料朝着产业化方向发展起到推动作用。
4 结束语
应用新材料在汽车轻量化的应用不仅能有效降低汽车重量，而且实现了节能减排的目标，由此可知这一材料在汽车轻量化方面的应用具有重要的现实意义。通过分析目前我国汽车轻量化中新材料应用存在的问题，为汽车材料工程师在选择材料时，考虑汽车安全和使用性能提供综合参考。在此基础上，加快轻量化新材料的研发力度并促进其升级，加强核心材料的技术研究，弥补材料缺陷方面的问题，在降低汽车制造成本的基础上提高制造工艺的适应性，实现规模化应用，通过降低成本实现汽车轻量化目标。
参考文献：
[1]谢冬宁.新型材料在汽车轻量化中的应用[J].黑龙江科技信息，2016，32（32）：166-166.
[2]郝明.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用研究[J].工程技术（全文版），2017（2）：280-280.
[3]武万斌，年雪山.汽车轻量化技术发展趋势[J].汽车工程师，2017（1）：15-17.
[4]孙琦祥.关于化工新材料应用推动汽车轻量化的思考[J].中国化工贸易，2019，11（4）：244.
[5]郭玉琴，朱新峰，杨艳，等.汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J].锻压技术，2015，40（3）：1-6.
[6]陈进.汽车轻量化材料及制造工艺研究浅析[J].中国市场，2016（41）：40-42.
[7]孙文明.新材料在汽车轻量化中的应用探究[J].今日财富，2019（22）：69-69.
[8]郭韦华.轻量化技术在汽车工程中的应用[J].工程技术研究，2020，5（3）：127-128.
[9]张志明.关于化工新材料应用推动汽车轻量化的研究[J].百科论坛电子杂志，2019（1）：746-747.