试论新材料的开发与应用对我国汽车产业的影响

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  摘要:当今,随着全球能源的不断被开发利用和消耗减少,世界各国对汽车产业的节能减排要求也更为严格。安全、节能、环保、科技因素显然已经成为汽车领域最为关注的性能指标和发展要求。如何开发出更环保、更节能、科技含量更高的汽车已然成为汽车产业研究领域重要的方向,这就要求我们在保证交通运输工具强度和安全性的总前提下,在降低能耗和减少排放的要求下,尽可能地优化整备质量,提升驾驶性能,在减轻汽车自身重量上投入人力、物力、财力,推动汽车产业新材料、新工艺的开发与应用,使我国汽车装备和汽车产业朝着轻量化、环保化、科技化的方向发展。
  关键词:汽车产业;新材料;新工艺;开发应用
  总体上讲,我国汽车产业起步相对较晚,产业发展的时间短,制造工艺和相关技术、制造材料研发和应用等与国际先进水平相比还有一定差距。在节能减排和绿色发展的要求下,随着我国汽车保有量的日益增加,政府对汽车燃料消耗和排放的要求越来越高,倒逼汽车轻量化发展,带动了我国汽车产业新材料的快速发展。就发展趋势而言,轻量化材料的发展方向和趋势与汽车发展方向和趋势密不可分,未来,汽车发展呈现低碳化、信息化与智能化三大发展趋势。为满足汽车低碳化发展要求,各种轻量化材料的性能将进一步优化,成本进一步降低,材料选择将更加多元化。
  1 汽车新材料概述及发展现状
  1.1 新材料的认知
  新材料是指目前市场研究出来的新型材料,相较于传统材料,其应用在性能、质量方面都有着非常大的优势。新材料在现代化汽车制造中有效应用,可以在满足民众对汽车质量要求的基礎上,实现对汽车科技成效的提高。据相关统计研究表明新材料行业发展势头较为迅猛,在总产值方面呈现出不断增加趋势,成为我国行业发展的主要趋势和方向。
  1.2 新材料发展趋势阐述
  要想在不断创新的时代背景下满足汽车行业的发展,就必须对传统材料及工艺进行不断的创新和更替,对材料的性能和质量进行完善和提升。在具体应用过程中,通过对新材料的应用,可以实现有效的节能减排,提高对环境的保护,促进我国汽车行业的可持续发展。而在现阶段汽车行业发展过程中,有色金属、复合材料等新型材料的使用量大幅度的提升,在当前汽车设计与制造工艺中得到广泛应用。
  2 我国汽车产业新材料应用中的问题
  2.1新材料技术制约。
  虽然新材料对于减轻汽车整体质量、有力提高节能减排有着显著效果,但新材料要满足安全和性能的各项要求,也给新材料的开发应用增添了难度。当材料的质量降低、变薄变轻后,强度必须更高才能满足要求。例如,钢板材料的使用上,高强度钢的生产技术不过关,热冲压技术不够先进,必然导致高强钢的使用率偏低。而许多高端材料的核心研发生产技术,我国国内企业掌握的不多,也就导致新型材料在生产中的应用量较少,所占的比例也低。
  2.2部分新材料应用普及率不高。
  我国在实现汽车对新材料的应用上进行了大量研究和尝试,也取得了很多成果,但还是存在较多技术限制。另外,汽车新材料应用的范围相对较小,这使得材料供应商相对有限,部分稀有材料需要自行研发,大幅提高了汽车产业需求的门槛,造成各类新材料应用范围和普及力度过小。新材料普及率相对较低,造成汽车产业的后期服务和维修缺乏经验,阻碍了新材料在汽车生产中的推广。我国自主研发生产的品牌车,虽然很多应用了新型材料来减少质量、提高科技程度,但也造成了其他方面出现一些问题,例如,车辆比国外同类型产品质量更重,能耗也更高,科技化效果提升也不明显。
  3 目前应用较高的新材料种类
  3.1新型钢铁材料
  高强度钢、超高强度钢能够实现有效地减轻汽车质量同时保障材料强度的要求。高强度钢板应用于汽车零件和车架等部位,取代普通钢和铸铁使得车身质量大幅度减小,可应用于汽车转向零件等对强度要求极高的部件,也可用于车身、底盘等部位,实现车辆的轻量化。
  3.2 镁合金新材料
  镁合金质量较轻,且我国轻量化技术中对镁合金材料研究深入,发展比较成熟。镁是一种轻质金属材料,镁合金在汽车轻量化技术中也起到越来越重要的作用,成为一个有效的研究方向。镁合金可应用于汽车底盘和车身,还可应用于一些零件和结构件。镁合金材料中铸造镁合金的应用最为广泛,如AM、AZ系列。此外变形镁合金可以运用到车身组件和框架等车身部位,有效地减轻车身重量。
  3.3 铝合金新材料
  铝合金作为现阶段汽车制造工艺中常用新材料,在比刚度和比强度方面表现出色,并且还具备较强的抗腐蚀能力以及较小的密度,尤其是在轻型车的应用上更是逐年增长。铝合金中的铸造铝合金大量应用于发动机零件和底盘零件等,能够满足汽车安全要求,变形铝合金则多应用于车身零件和车身构件等汽车部位,如保险杠、车门、车轮等。
  3.4 塑料及复合新材料
  塑料以及非金属基复合材料也开始在汽车轻量化技术中得到重视和应用。塑料自重极轻,而且不易腐蚀,不会出现锈蚀等问题,能够比较方便地加工成型,而且还比较经济。工程塑料、塑料合金等塑料类型可以应用于各种内装件,如仪表盘、汽车顶棚、各种箱盖等部位,随着技术的发展成熟,塑料材料也可以应用在结构件和外装件上,实现塑料材料的广泛应用。
  3.5陶瓷新材料
  陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料,陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料,它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等特点。汽车用陶瓷大致可分为功能材料和结构材料,利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷材料。
  3.6碳纤维新材料
  碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维,它的强度不仅比钢铁强度高,而且质量就比金属铝轻了一些,还有耐酸碱腐蚀的特点。目前,碳纤维已经广泛应用在汽车的各种零部件中。碳纤维虽然轻,但有较好的安全性,虽然碳纤维的看起来像塑料,但实际上这种材料抗冲击性比钢铁强,特别是用碳纤维做成的方向盘,机械强度和抗冲性更高。碳纤维复合材料在汽车轻量化上的应用潜力巨大,拥有其他材料不可比拟的密度、比强度、比模量等全方位力学性能,成本、制造工艺及技术等主要瓶颈不断实现突破下,未来碳纤维复合材料将在汽车产业迎来飞速发展。
  3.7 高性能磁性新材料
  汽车的传感器、电机以及电动机等部件中,都涉及到对高性能磁性材料的应用。在具体应用中,高性能磁性材料的应用具有较强的实用性,并促使汽车的部件系统变得更为轻量化,提升汽车部件的功率,并降低激磁损耗的现场产生,进而大幅度提升汽车整体的性能。
  结束语
  总而言之,现阶段汽车产业制造中,传统材料已经无法达到预期效果和设计及管理要求,在此背景下,新材料的应用价值与作用愈发凸显。通过对新材料的应用进行深入分析,进而提高当前我国汽车制造质量和性能,促进我国汽车制造企业的可持续发展。结合我国当前汽车产业发展的迫切需求,加快新材料核心技术的研究,弥补材料的缺陷,降低生产成本,提高产品的适应性,促进新材料和新工艺的大规模使用,促进我国汽车产业在产品的提质增效、产业配套升级上面取得更快的发展。
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