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節能減排背景下,輕量化汽車材料面臨新發展

   
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節能減排背景下,輕量化汽車材料面臨新發展

近年來,隨著經濟的穩定發展和人民生活水平的提高,我國汽車銷量每年保持穩定增速,汽車保有量不斷攀升。2017年,我國汽車銷量達到2888萬輛,同比增長3%。其中乘用車銷量為2472萬輛,同比增長1.4%。我國汽車保有量也節節攀升,截止2016年底,全國汽車保有量為1.94億輛,同比增長13%,其中私家車保有量達到1.46億輛,同比增長18%,占全部汽車保有量的75%。

但近年來,我國汽車油耗指標日趨嚴厲,國六排放標準比國五基礎上嚴格30%,而汽車輕量化是最直接有效的節能減排措施,汽車質量每下降10%,油耗下降8%,排放下降4%,因此輕量化汽車材料的發展受到越來越多的重視。

碳纖維與鎂合金,兩種輕量化材料的汽車應用

碳纖維是目前工程上可以大規模應用的比強度最高的材料,其比鋁輕30%、比鋼輕50%,強度卻是鋼的7至9倍,最早用于航空、航天、軍工等高精尖領域。隨著碳纖維工藝的成熟和成本的下降,碳纖維復合材料(CFRP)在汽車領域也得到廣泛應用,同時也成為汽車輕量化減重的一大選擇,根據測算,碳纖維的應用最終可使汽車減重30%-60%,因此也被譽為“輕量化之王”。但碳纖維成本高產業化推廣較為困難。

鎂合金是未來一段時間內汽車輕量化材料的較優選擇。相比傳統合金材料,鎂合金為常用金屬結構材料中最輕的一種,密度約為1.79g/cm3,為鋁的2/3,鋼的1/4,同時具備比強度高、比彈性模量大等優點,其減震性能和鑄造流動性也較好,散熱性也比較優異,非常適合汽車輕量化使用,同時與性能優異但價格昂貴的碳纖維比,鎂合金生產成本具有巨大優勢,因此在汽車中的應用比例不斷上升,成為未來發展潛力極好的金屬材料。

目前現代家庭轎車的主要材料中,鋼材料占54%、鑄鐵為10%、塑料為8%-12%、鋁合金占8%-10%、鎂合金約為1%-2%、碳纖維則處于起步階段。鋼鐵類材料既能滿足輕量化需求,又能保障汽車安全性能,仍將是汽車的基礎性材料;鋁合金則滿足了汽車特殊性能提高的需求;塑料類材料是汽車內飾以及外部部分結構的重要組成;鎂合金則相對年輕,對汽車輕量化和性能的提升也起到很大作用。從發展趨勢來看,目前高強度鋼、鋁合金在技術上更容易實現,未來一段時間在汽車中仍將占有較大比例,鎂合金則隨著配套企業規模的擴張,替代部分鋼、鋁的比例將不斷提升;復合材料如碳纖維隨著國內技術的成熟和成本的下降,在部分中高端車型上也將開啟產業化道路。

政策支持,輕量化材料的產業化推廣將不斷加速

近年來,我國出臺各項政策鼓勵汽車輕量化材料的發展,《“十三五”材料領域科技創新專項規劃》中,高性能碳纖維被明確定性為我國核心關鍵材料、《新材料產業發展指南》強調要加快推動先進基礎材料工業轉型升級,鎂合金屬于其中之一、《化工新材料補短板工程實施方案》,要推動碳纖維、電子化學品、膜材料、工程塑料在下游的應用、《重點新材料首批次應用示范指導目錄(2018年版)》,車用型大卷重高性能寬幅鎂合金卷板、鎂合金輪轂赫然在列,成為未來重點推廣材料。國家政策的大力支持,汽車輕量化材料的產業化應用將不斷加速推進。


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