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10张全景图看懂新材料产业未来10年||车用材料应用解析

原标题:10张全景图看懂新材料产业未来10年||车用材料应用解析

随着汽车技术的发展,汽车的功能日益完善,汽车的结构越来越复杂,传统的汽车通常由几千个零件组成,高级矫车由几万个零部件组成。为满足汽车节能、环保、安全、舒适的要求,实现轻量化、高强度、高性能的目标,构成汽车的材料也发生了巨大的变化。

通常按照材料的成分,将汽车材料分为金属材料和非金属材料两大类。随着汽车技术的发展,未来汽车材料除金属材料、非金属材料外,复合材料和纳米材料也将获得广泛应用。

一.车身新材料的种类

■新型结构材料

1.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,其抗拉强度高达420N/mm2,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。到2000年,其用量已上升到50%左右。中国汽车公司与宝钢合作,2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg,占车身钢板用量的46%,对减重和改进车身性能起到了良好的作用。

美国轿车材料构成

要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢等,车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。

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。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度,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,经烤漆后强度可进一步提高。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。

汽车材料应用部件

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。

2.铝合金

与汽车钢板相比,铝合金具有密度小(2.7g/cm3)、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点,技术成熟。德国公司的新型A2型轿车,由于采用了全铝车身骨架和外板结构,使其总质量减少了135kg,比传统钢材料车身减轻了43%,使平均降至每百公里3升的水平。全新通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件,车身零件数量从50个减至29个,车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%,还比同类车型的钢制车身车重减少50%。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。

根据车身结构设计的需要,采用激光束压合成型工艺,将不同厚度的铝板或者用铝板与钢板复合成型,再在表面涂覆防腐蚀材料使其结构轻量化且具有良好的耐腐蚀性。

铝合金已成为仅次于钢材的汽车用金属材料,能够为汽车提供各种铝合金铸件、冲压结构件和拉制的铝型材。铝合金主要用于制造发动机缸体、活塞、进气支管、气缸盖、变速器壳体、矫车的骨架、车身、座椅支架、车轮等部件。

3.镁合金和钛合金

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。

钛的比重为4.6g/cm3,仅是铁的1/2,但强度和硬度超过了钢,且不易生锈。用钛合金铸造的汽车发动机部件更轻、更坚固和更耐腐蚀,钛合金车身可以承受更大的作用力。

4.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。

5.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。

6.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。福特公司开发的LTD试验车,塑料化后的车身取得了轻量化方面的明显成果(见表2)。

福特LTD试验车的轻量化效果

中国工程塑料工业普遍存在工艺落后、设备陈旧、规模小、品种少、质量不稳定的状况,而且价格高,缺乏市场竞争力。工程塑料在汽车上的应用仅相当于国外上世纪八十年代的水平。如上海桑塔纳轿车塑料用量仅为2.86kg/辆,红旗CA7228型轿车为2.4kg/辆,而日本轿车平均为14kg/辆,宝马则更高,为35.64kg/辆。但这种局面将很快被打破,由上海普利特复合材料有限公司投资新建、国内最大的汽车用高性能ABS工程塑料生产基地日前在上海建成投产。此项目引进了世界先进的工程塑料生成线和试验检测仪器等设备,形成了年产15,000吨高性能ABS工程塑料的能力。

工程塑料用于汽车可实现轻量化和节能,且可回收和循环利用。目前六大类的塑料:PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE在汽车上得到广泛的应用,通常用于制造车身覆盖件、车门门褴、车身内外装饰件和水箱面罩、保险杠和车轮护罩等。

7.高强度纤维复合材料

复合材料是一种多相材料,是由有机高分子、无机非金属和金属等原材料复合而成。目前玻璃纤维增强树脂复合材料和碳纤维增强树脂复合材料在汽车上已经获得成功的应用。

玻璃纤维增强树脂复合材料耐腐蚀、绝缘性好,特别是有良好的可塑性,对模具要求较低,对制造车身大型覆盖件的模具加工工艺较简易,生产周期短,成本较低。在矫车和客车上,采用玻璃纤维增强树脂复合材料制造的矫车车身覆盖件、客车前后围覆盖件和货车驾驶室等零部件。

高强度纤维复合材料,特别是碳纤维复合材料(CFRP),因其质量小,而且具有高强度、高刚性,有良好的耐蠕变与耐腐蚀性,因而是很有前途的汽车用轻量化材料。碳纤维复合材料在汽车上的应用,美国开展的最好。

二十世纪八十年代后期,复合材料车身外覆件得到大量的应用和推广,如发动机罩、翼子板、车门、车顶板、导流罩、车厢后挡板等,甚至出现了全复合材料的卡车驾驶室和轿车车身。据统计,在欧美等国汽车复合材料的用量约占本国复合材料总产量的33%左右,并继续呈增长态势,复合材料作为汽车车身的外覆件来说,无论从设计还是生产制造、应用都已成熟,并已从车身外覆件的使用向汽车的内饰件和结构件方向发展。图2为法国SORA公司为雷诺汽车公司开发的全复合材料轿车车身和重型卡车驾驶室。上海通用柳州汽车公司和东风公司计划推出全复合材料车身的家庭用小轿车。

8.陶瓷材料

由于陶瓷本身具有的特殊力学性能以及对热、电、光等的物理性能,陶瓷材料特别是特种陶瓷在汽车上的应用日益受到人们的重视。我国已成功研制钛酸铝陶瓷-铝合金复合排气管、氮化硅陶瓷柴油机涡轮增压转子和球轴承等汽车部件。

汽车的构造材料可反映人类所应用材料的技术水平。目前,6 类主要材料如钢﹑铁﹑塑料﹑铝﹑橡胶﹑玻璃共占轿车质量的90%,其余10%为其他多种材料,包括有色金属(铜、铅、锌、锡等),车中装备的液体(燃油、润滑剂、其他油品和水基液等), 油漆、纤维制品。如富康轿车用料为钢55%,铸铁12%,塑料12%,铝6%,橡胶3%。常见汽车材料的构成如下图所示。

汽车材料构成,点图片见清晰大图

■新型功能材料

1.稀土材料

中国稀土资源丰富,居世界前列。世界已探明的稀土储量中国占世界已探明资源的80%,为我国大力开发稀土材料提供了得天独厚的条件。

使用汽车废气净化催化剂是控制汽车废气排放、减少污染的最有效的手段。含稀土的汽车废气净化催化剂价格低、热稳定性好、活性较高,使用寿命长,引起了人们的广泛关注。

汽车废气净化稀土催化剂所用的稀土成分主要是氧化铈、氧化镧和氧化镨等。用于汽车废气净化催化剂的载体通常为蜂窝陶瓷,稀土还可以作为陶瓷载体的稳定剂以及活性涂层材料等。

2.纳米材料

纳米科技是21世纪科技产业革命的重要内容之一,它是高度交叉的综合性学科,包括物理、化学、生物学、材料科学和电子学。它不仅包含以观测、分析和研究为主线的基础学科,还有以纳米工程与加工学为主线的技术科学,所以纳米科学与技术也是一个融前沿科学和高技术于一体的完整体系。

纳米技术将在汽车上的结构材料、节能、环保等方面获得广泛的应用。纳米陶瓷材料的耐磨性和质量减小、稳定性增强。纳米陶瓷轴已经应用在奔弛等高级矫车上,使机械转速加快、质量减小、稳定性增强、使用寿命延长。

纳米汽油是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂,纳米汽油可以降低油耗10%-20%,可降低废气中有害气体含量50%-80%。

纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的石油产品,它不对任何润滑油添加剂、稳定剂、处理剂、发动机增润剂或减磨剂等产生不良作用,只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜。

纳米增强增韧塑料可以代替金属材料,由于它们比重小重量轻,因此广泛用于汽车上可以大幅度减轻汽车重量,达到节省燃料的目的。可以用于汽车上的保险杠、座椅、翼子板、顶蓬盖、车门、发动机盖、行李舱盖以及变速器箱体、齿轮传动装置等一些重要部件。抗紫外线老化塑料能够吸收和反射紫外线,比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上,能有效延长其使用寿命。无机纳米抗菌塑料加工简单,广谱抗菌,24h接触杀菌率达90%,无副作用,可以用在车门把手、方向盘、座椅面料、储物盒等易污部件。

二.车身新材料应用的现状

目前,国内外车身轻量化的研究方向是开发具有较高强度的轻质高性能新材料及设计新的轻量化结构。通过多年的探索,已取得了新的进展。德国大众九十年代末开发的路波TDI车型就是采用新设计、新材料、新工艺的综合成果。

TDI所有车身部件都是轻质金属制成,包括前挡泥板、车门、发动机罩和尾门,其中尾门的金属外层是铝质,内板是镁制成。汽车的内部设备许多也是轻质金属制成的,如,座椅的框架由铝制成,方向盘的内骨架是镁制成。乘客舱和发动机室之间组合隔板是铝质的。支撑结构通常也是由高强度的薄板金属制成的。

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自重为830kg

路波TDI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。

三.新材料应用的发展趋势

1.新材料回收再用性的研究

研究汽车新材料的最终处置问题至关重要,从某种程度上讲,关系到它的生存与发展。目前,汽车上约占自重25%的材料无法回收再用,其中三分之一为各种塑料,三分之一为橡胶,还有三分之一为玻璃、纤维。鉴于这种情况,世界各国都花费大量的人力、物力进行材料的回收再生问题的研究。现在可以通过三种途径进行回收:颗粒回收,重新碾磨;化学回收,高温分解;能源回收,将废弃物作为燃料。

德国在回收塑料等材料的法规是世界上最为完善的,其管理方式非常明确,即首先是避免产生,然后才是“循环使用”和“最终处理”。1991年规定回收塑料中的60%必须是机械性回收,另有40%可以机械回收,也可以采用填埋或能量回收的方式。通过十年的努力,现在的回收率已高达87%。日本是循环经济立法最全面的国家,其目的是建立一个资源“循环型社会”。为此,日本对废旧塑料的回收利用一直保持积极态度。此外,日本还大力支持以废塑料为主的工业垃圾发电事业。计划到2010年在全国建立150个废塑料发电设备。

2.减少材料的品种

未来汽车在工程塑料类型的选择上将会发生巨大的变化。目前汽车使用的塑料由几十种高分子材料组成,当前世界各大汽车公司致力于减少车用塑料种类,并尽量使其通用化。这将有利于材料的回收再生和生态环境的保护。

3.降低成本

制约汽车车身新材料应用的重要因素是价格。作为主要新材料的高强度钢、玻璃纤维增强材料、铝和石墨增强,其成本分别为普通碳钢的1.1倍、3倍、4倍和20倍。所以只有大幅度降低这些新材料的制造成本,才可能使诸多新材料进入批量生产。如玻璃纤维增强材料将在成本上成为钢材的有力竞争者,虽然它的重量减轻有限,但价格却能为用户接受。石墨合成材料尽管性能良好,但因其成本居高不下,目前它在汽车工业上很难有所作为。

4.先进的制造工艺的研发

采用新材料与先进的制造工艺是相辅相成的,汽车工业正在努力开发新的制造方法,对传统的工艺进行更新。例如:适用于轻量化设计的连接工艺今年来有所发展,如德国某汽车公司在大批生产的轿车上采用CO2激光束焊接,与传统的焊接工艺相比,焊接成的高强度钢板车身的强度提高了50%。又如,一些复合材料的SMC壳体的材料较厚,大约为2.5~3mm,限制了轻量化的幅度。法国雷诺公司采用新的A级表面精度的SMC模压技术和低密度填料,减薄了零件厚度,使轿车壳体重量比普通SMC工艺下降了30%。

5.车身设计方法的革命

据欧洲汽车界人士预测,在今后十年中,轿车自身质量还将减轻20%,除了大量采用复合材料和轻质合金外,车身设计方法也将发生重大变化。

由于大量采用新型材料,传统的车身结构及其设计方法可能不再适用,取而代之的是一种基于生物学增长规律的形状优化设计法,这种设计方法即能减少零件质量,又延长了零件的使用寿命。此外,采用新的设计方法还能使车身零件数大幅度减少。如某车型的零件数已由400个减少到75个,质量减轻30%。美国克莱斯勒汽车公司尚未投放市场的概念车由于采用了创新的优化设计法,使整车自重降至544kg。这说明轻量化设计具有极大的潜力。

下面就汽车典型零件的用材作简要说明

汽车材料应用部件

缸体和缸盖缸

缸体是发动机的骨架和外壳,在缸体内外安装着发动机主要零部件。缸体在工作中承受气压力的拉伸和气压力与惯性力联合作用下的倾覆力矩的扭转和弯曲以及螺栓预紧力的综合作用。在这些大小、方向变化的力和力矩作用下,使机体产生横向和纵向的变形,变形超过许用值使将影响与机座相联零部件的可靠性和工作能力,尤其是活塞、连杆和等零件的工作可靠性和耐磨性会受到严重影响,并导致发动机不能正常工作。因此缸体材料必须满足下列要求:

(1)有足够的强度和刚度。特别是要有足够的刚度,以减小变形,保证尺寸的稳定造性

(2)良好的铸造性和和切削性。

(3)价格低廉。

缸体常用的材料有灰铁和铝合金两种。铝合金的密度小,但钢度差、强度低及价格贵。所以除了某些发动机为减轻重量而采用外,一般均用灰铸铁作为钢体材料。

灰口铸铁在汽车上应用较为广泛,还可用以制造飞轮、飞轮壳、变速箱壳及盖、离合器壳及压板、进排气支管、制动鼓以及液压制动总泵和分泵的缸体等。

缸盖只要用来封闭气缸构成燃烧室。缸盖承受燃气的高温、高压作用,机械负荷(如气压力使缸盖承受弯曲,缸盖螺栓的预紧力等)和热负荷的作用。由于温度高、形状复杂、受热不均匀使使缸盖上的热应力很大,严重时可造成缸盖甚至出现裂纹。

根据上述工作条件,缸盖应用导热性好、高温机械强度高、能承受反复热应力、铸造性能良好的材料来制造。目前使用的缸盖材料有两种:一是灰铸铁或合金铸铁;另一种是铝合金。

铸铁缸盖具有高温强度高、铸造性能好、价格低等优点,但是导热性差、重量大。铝合金缸盖的主要优点是导热性好、重量轻,但是高温强度低,使用中容易变形、成本较高。

缸套

发动机的工作循环是在气缸内完成的。气缸内与活塞接触的内壁面,由于直接承受燃气的冲刷,并与活塞存在着具有一定压力的高速相对运动,使气缸内壁受到强烈的摩擦,造成磨损。气缸内壁的过量磨损是造成发动机大修的主要原因之一,根据气缸内壁工作条件的这一特殊性应选用相应的材料,即缸体用普通铸铁或铝合金,而气缸工作面则用耐磨材料,制成缸套镶入气缸。

常用缸套材料为耐磨合金铸铁,主要有高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。

为了提高缸的耐磨性,可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其他耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。

汽车用塑料

塑料在汽车中的应用发展很快,从机械、热应力较小的内饰件和小机件,发展到大型结构件,如车身、车架悬挂弹簧等,从20世纪80年代以来已逐步发到进入发动机内部,用于制造连杆、活塞销、进气门等配件。用塑料取代金属制造汽车配件,可以直接取得汽车轻量化的效果,还可以改善汽车的某些性能,如防腐、防锈蚀、减振、抑制噪声、耐磨等。

汽车内饰用塑料

用于汽车内饰件的材料要求具备吸振性能好、手感好、耐磨性好的特点,以满足安全、舒适、美观的目的。在20世纪80年代塑料已是汽车的主要内饰材料。内饰用主要材料品种为聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和ABS等年。内饰塑料制品,主要有:座垫、仪表板、扶手、头枕、门内衬板、顶棚衬里、地毯、控制箱、转向盘等。

(1)聚氨酯泡沫塑料

聚氨酯泡沫塑料具有质轻、强度高、导热系数低、耐油、耐寒、防振和隔音等特点,成为汽车的一种主要内饰材料。聚氨酯泡沫塑料在汽车上一般用于制造汽车坐垫、汽车仪表板、扶手、枕头等。其缓冲材料大部分都使用半硬质聚氨酯泡沫塑料制品。

(2)聚氨酯塑料

聚氨酯除了用作泡沫塑料外,还可以采用不同配方制成热塑料型聚氨酯塑料。主要用于制造汽车保险杠、仪表板、挡泥板、前端部、发动机等。

(3)聚氯乙烯

其在汽车上的用量约占汽车用塑料总量的20%~30%,主要用于制造各种表皮材料和电线包皮。如:聚氯乙烯人造革用于汽车坐垫、车门内板及其他装饰覆盖件上。聚氯乙烯地毯用于货车驾驶室等。

汽车用工程塑料

工程塑料在汽车上主要用作结构件,要求塑料具有足够的温度-强度特征和温度-蠕变特征以及尺寸稳定性。工程塑料是能够满足这些技术要求的。汽车上常用的工程塑料有聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺、聚甲醛、聚炭酸酯、酚醛树脂等。

(1)聚丙烯

一辆汽车的聚丙烯零件可达70多种,主要用于通风采暖系、发动机的某些配件以及外装件,如汽车转向盘、仪表板、前、后保险杠、加速踏板、蓄电池壳、空气滤清器、冷却风扇、风扇护罩、散热器格栅、转向机套管、分电器盖、灯壳、电线覆皮等。

(2)聚乙烯

在汽车上,聚乙烯可用于制造汽油箱、挡泥板、转向盘、各种液体储蓄罐以及衬板。聚乙烯在汽车上最重要的用途是制造汽油箱,较金属油箱具有以下优点:聚乙烯油箱长期稳定性良好;冲撞时不发生火花,因此不会发生燃烧爆炸;设计自由度大,可充分利用空间;质量轻,较金属油箱可减轻质量1/3~1/2;耐腐蚀性好;成型工艺简单,价廉。

(3)聚苯乙烯

聚苯乙烯在汽车上主要用作各种仪表外壳、灯罩及电器零件。

(4)ABS

根据使用性能的要求,通过改变ABS中三个单体组分的变化,以及引入第四章组分等方式,可获得许多新品种,如一般用品种、电镀用品种、耐热品种、透明品种等。可以说,在热塑性塑料中ABS的品种牌号最多。ABS具有良好的机械性能,刚性好,耐寒性强,加工性能好,表面光洁,制品表面可以电镀。

(5)聚酰胺(尼龙)

尼龙可用于制造燃油滤清器、空气滤清器、机油滤清器、正时齿轮、水泵壳、水泵叶轮。风扇、制动液灌、动力转向液灌、雨刷器齿轮、前大灯壳、百叶窗、轴承保险架、保险丝盒、宿舍、速度表齿轮等。以后发展的还有玻璃纤维强尼龙制造的发动机摇臂罩、发动机机油盘、散热器水箱、蓄电池拖架等。尼龙11和尼龙12可制造曲轴箱通风软管、制动软管、冷却液软管、离合器液压软管、燃油软管等。

(6)聚甲醛(POM)

用POM制造的汽车零件很多,主要有各种阀门,如排水阀门、空调器阀门;各种叶轮,如水泵叶轮、暖风器叶轮、油泵叶轮;轴套及衬套如行星齿轮和半轴垫片、钢板弹簧吊销等。在60年代发展起来的聚甲醛钢背副户材料(DX),作为预润滑材料,在汽车上用作滑动轴承材料。

(7)饱和聚酯

汽车上常用的饱和聚酯有PBT(对苯二甲酸丁二醇酯)和PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。PBT与PET耐热性较好,吸水率很小、耐老化性优良。用玻璃纤维增强的PBT与PET可与尼龙、POM、酚醛塑料相竞争。用PET制造的汽车零件主要有:后窗通风格栅、车尾板通风格栅、前挡泥板延伸部分、灯座、车牌支架等车身部分,分电器盖、点火线圈架、开关、插座等电器零件,冷却风扇、雨刷器杆、油泵叶轮和壳体、镜架、各种手柄等机能结构件。

汽车外装及结构件用纤维增强塑料复合材料

纤维增强塑料复合材料统称为FRP,是一种纤维和塑料复合而成的材料。增强用的纤维为玻璃纤维、碳纤维和高强度合成纤维。母体树脂根据使用要求,可用环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯等。汽车上常用的是玻璃纤维和热固性树脂的复合材料。

FRP作为汽车用材料具有材质请、设计灵活、便于一体成型、耐腐蚀、耐化学药品、耐冲击、着色方便等优点,但在这种材料用于大批量汽车生产时,与金属材料比较还存在着生产效率低、可靠性差、表面加工差、材料回收困难等方面的问题。

FRP材料可用于制造汽车顶棚、空气导流板、前端部、前灯壳、发动机罩、挡泥板、后端板、三角窗框、外板等外装件。用碳纤维增强塑料复合材料制成的汽车零件,还有传动轴、悬挂弹簧、保险杠、车轮、转向节、车门、座椅骨架、发动机罩、格栅、车架等。

汽车用橡胶

橡胶具有很好的弹性,是汽车用的一种重要材料。一辆轿车的橡胶件约占轿车整备质量的4%~5%。轮胎是汽车的主要橡胶件,此外还有各种橡胶软管、密封件、减振垫等约300件。

轮胎的主要材料有生胶(包括天然橡胶、合成橡胶=再生胶)、骨架材料即纤维材料(包括棉纤维、人造丝、尼龙、聚酯、玻璃纤维、钢丝等)以及碳黑等。

生胶是轮胎最重要的原材料,轮胎用的生胶约占全部原材料质量的50%。目前,轿车轮胎以合成橡胶为主,而载重轮胎以天然相交为主。

天然橡胶在许多性能方面优于通用型合成橡胶,起主要特点是强度高、弹性高,生热和滞后损失小,耐撕裂,以及有良好的工艺性、内聚性和黏着性。用它制成的轮胎耐辞扎,特别对使用条件苛刻的轮胎,起胎面上层胶大多完全采用天然橡胶。

丁苯橡胶主要用于轿车轮胎,以提高轮胎的抗湿滑性,保证行车安全。

顺丁橡胶一般都与天然橡胶货丁苯橡胶并用。随着顺丁橡胶掺用量的增加,耐磨性提高,生热降低,但抗撕裂和抗湿滑性却随之降低,为保证行车安全,它的掺用量不宜太高。

丁基橡胶是一种特殊合成橡胶。具有优良的气密性和耐老化性。用它制造的内胎,气密性比天然橡胶内胎好。出于气密性好,使用中不必经常充气,轮胎使用寿命相应提高。它又是无内轮胎密封层的最好材料。

汽车用陶瓷材料

陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀以及在导电与介电方面的特殊性能。利用陶瓷材料制作某些汽车部件,可改善汽车部件的运行特征达到汽车轻量化的效果,因而得到了一定程度的应用。这里主要介绍陶瓷材料在汽车发动机零部件上应用的情况。

日本汽车公司在重型载货汽车用柴油机(排量1.5升)的基础上开发了陶瓷复合发动机系统,使功率提高10%,燃料消耗率降低30%。

日本五十铃发动机长研制的陶瓷发动机,采用Si3N4制造气阀头、活塞顶、汽缸套、歧管、蜗轮增压器叶片、转子、轴承等,能经受1200℃高温,取消了散热器和冷却装置,起热效率提高48%。

美国通用汽车公司在其所制成的2.3升柴油机上,采用陶瓷钢套、气门头、燃烧室、排气门通道、气缸盖、活塞顶以及用陶瓷涂镀的气门摇臂、气门挺杆、气门导管和滑动轴承,并已经在轿车上作了20290km路试;用Si3N4陶瓷制造的蜗轮叶轮,其热膨胀系数是金属的1/3,利用这一特点,采用热压肯和钎焊相结合的方法把陶瓷叶轮和金属轴连接起来,使陶瓷叶轮的惯性力矩比金属叶轮减少了1/3使涡轮增压器的动态响应性提高36%。

此外,为了有效地利用陶瓷的耐磨性,开发了陶瓷凸轮轴和陶瓷摇臂镶块。陶瓷凸轮轴的滑动部位采用ZrO2或SiC,其他部位用金属管制成。陶瓷部位与金属部位的结合采用硬钎焊和扩散法。凸轮接触面部位融接陶瓷片的铝摇臂,大大提高了摇臂寿命。陶瓷片是用微米级的Si3N4粉未在1500℃的高温下烧结而成的。长20mm,宽20mm,厚5mm的带筋陶瓷片,其筋条插进摇臂中。其浇注工艺是把陶瓷片放在摇臂铸型中,然后浇入600℃铝溶液,利用铝的怀固紧镶片。

另外,利用陶瓷的绝缘性、介电性、压电性等特性制作汽车陶瓷传感器,已成为汽车电子化的重要方面。返回搜狐,查看更多

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