现代汽车的新材料新工艺

汽车材料与汽车制造成本和耐用程度密切相关,现代汽车的技术进步,很大程度就是材料技术的进步。随着汽车技术的发展,过去没有见过或者很少见过的材料和工艺,现在已经应用在汽车上。

以前,稀土元素是十分陌生的名词,现在已是现代车用钢板的“补品”。稀土元素指镧、钪、钇等性质相近的金属元素,钢经过稀土元素处理,可以明显提高韧性和塑性,改善冲压性能。添加了稀土元素的钢材用于汽车的车轴、骨架梁等。另外,由于汽车电气化程度增加,电动调节座椅、电动后视镜、电动天窗、电动门窗、电动雨刮、空调器等都需要应用到许多小型电机。现在一般轿车上已有十几个电机,高级轿车多达几十个,数量将越来越多,已成为不可缺少的汽车部件。追求小型、轻量、高功率是汽车电机必须要走的方向。在汽车电机改造中,高性能的磁性材料起到关键作用。一种稀土永磁材料是钐、钕混合稀土金属与钴、铁等金属组成的合金,用粉末冶金方式压型烧结,经磁场充磁后得到的磁性材料,它的磁性能比磁钢高出100多倍,使用稀土磁体可以减少电机重量和体积,今后稀土永磁电机将广泛用于汽车上。

在汽车构件材料方面,近年除了广泛采用铝合金、镁合金外,还出现了一种钒合金。用钒元素生产的钒钢、钒钛合金具有高强度低重量的特点。为了减少汽车重量,一些汽车的连接件是用含5%钒的钛合金制造的。此钒钛合金能够适应汽车零部件的高速机械运作的苛刻环境。

橡胶密封件是汽车装配的重要辅助零件,对汽车运行质量影响很大。橡胶密封件要有良好的机械强度、弹性和耐油耐水不变形的特性,是保证发动机、底盘及其它部分不渗油不渗水的关键。现在一些质量好的橡胶密封件通过交联(硫化)产生持久的“橡胶弹性”,根据不同的品种具有从零下50摄氏度到零上180摄氏度的使用温度范围,以适应不同的安装部位。例如新型车门密封条是由多种化学组分构成,硬软结合,能承受各种干燥、潮湿、寒冷和炎热的环境条件变化,抗光降解,并且在经受无数次的开关循环后仍能在其位置上保持良好的功能。上海研制的一种纤维增强复合密封材料,即非石棉纤维增强橡胶密封材料具有很高的机械强度、弹性和环境适应性,可广泛用于发动机、变速器、油泵、水泵的密封。

近年来塑料在车上用途广泛。保险杠、仪表板、塑料覆盖件等汽车塑料零件,除了要求有较高的加工质量外,还要求有较好的机械物理性能。这类塑料零件是采用塑料增强反应注射成形工艺(RRIM),其方法是将两组添加了玻璃纤维增强材料的液体树脂进行计量混合并注入模腔,在模腔内两组液体发生化学反应并固化成一定形状的塑料制品。例如用上述工艺制成的聚氨酯制品,其表面紧密,内部松软,摸上去有弹性,又具有一定的机械强度,非常适合于汽车仪表板、内饰覆盖件等。现在汽车塑料聚氨酯用量较多,一辆普通轿车大约需要使用16公斤的聚氨酯,高级轿车用量更多。同时也对聚氨酯的品质越来越苛求。例如现在大部分轿车前档风玻璃都是大斜角布置,这样在长时间的强烈阳光照射下,仪表板表面会被烤得高温,所以制造仪表板的塑料材料还要能承受耐热变形。又如德国拜耳(Bayer)公司用聚氨酯注射成形工艺做成的保险杠,壁厚小于2.5毫米,重量减轻了,节省了材料成本,却又不损害构件的强度、弹性和耐气候变化的性能。除了车身覆盖件外,一些汽车的前照灯玻璃罩也用塑料制造。例如拜耳公司做成的塑料散光玻璃,与传统玻璃相比,不但车灯重量明显减轻,而且有更大的可塑性,可依照安装位置做成各种形状。

用更轻、更耐用、对环境污染更小并可回收的材料是汽车选材的方向。这涉及到材料的选择、组成、加工过程。新型材料需要新型制造技术,制造技术是决定材料实用化的关键,因此这些技术往往是各国汽车业的尖端技术。

车汇通
203年3月6日

本文参考文献:2003年1月《上海汽车》“汽车用材及工艺的革新”