汽车轻量化材料谁最强？且看铝材显锋芒

盖世汽车讯 据外媒报道，对全球车企而言，实现车辆减重（轻量化）依然是头等大事，因为从2025年将开始执行更为严苛的联邦燃油经济性新规及其他污染控制法规。于是，车企纷纷将目光转向铝材制造商及挤压合金制造商，进而推进车企的汽车轻量化进程。

据沃德汽车（WardsAuto）的调研结果表明，铝金属质地较轻，可靠性强，有助于车企满足于2025年执行的燃油经济性新规。各大车企不得不满足新规的严苛要求，但又不想牺牲车辆的性能或美观度为代价。为此，铝材在汽车外饰及结构件上的应用呈现快速增长趋势，车企纷纷用铝材取代分量较重的钢材，并积极致力于在其他车身部件上的应用，如：车身钣金件及车身覆盖件（closures）等。

如今，有不少车型采用了铝材并均获得了用户的好评，如：最畅销车型福特F-150及捷豹路虎旗下的多款车型。由于许多轿车与卡车在采用铝材后，其在美国的碰撞测试中表现优异，并获得了5星级安全评分。与此同时，消费者也希望其购买的车辆能够实现省油、耐用、安全及性能的提升。

轻量化铝材的研发创新

车企纷纷加大研发力度，致力于研发新款轻量化铝合金、挤压合金。与此同时，车企还研发全新的装配工艺，或在现有装配工艺上加以改进。车企还对铝厂及挤压合金厂进行投资，这也是众多车企的一项重要策略。车企正在不断加深与汽车设计师及工程师的协作，旨在研发具有创造性的解决方案，进一步降低轿车与卡车的重量。

举个例子，萨帕北美挤压公司（Sapa Extrusion North America）于2016年4月在底特律郊区启用了一家研发中心，专注于汽车领域。该研发中心与公司的业务团队紧密合作，为OEM制造商提供服务。该研发中心拥有强大的研发团队，其中有一位专家精通搅拌摩擦焊（friction stir welding）技术，另有8名冶金学家（metallurgists）致力于新合金研发、产品研发及应用。另有一位取得博士学位的机械工程师，他专门负责计算机建模（computational modeling），优化挤压合金设计，完成车辆的轻量化优化工作。

鉴于新规标准越发严苛，新轻量化材料的研发成本也随之上升，这一点不足为奇。据沃德汽车的调研结果显示，受访者对现有材料的信心不是太足，车企不得不研发新材料以应对2025年的新规要求。

根据2025燃油经济性标准及温室气体排放总统令的要求，2017-2025款轻型车的平均油耗必须达到54.5 mpg（约合23 kmpl）。据估计，到2023年，75%的汽车减重将通过外饰件及结构件来实现，其中车身及车架的占比近一半。欲实现该目标，则需要研发轻量化材料。

车企面临多方面挑战 致力于产品技术研发

如今，车企持续为旗下车型增添新功能，进而导致车辆的重量不断上升，为此，车企不得不致力于轻量化研究，研发新的电动系统及其他燃料动力系统。由于上述系统采用了更为轻质的材料，在提升设备能效的同时应对全球法规带来的压力。车企积极研发轻质铝合金及挤压铝合金，旨在研发并获得更具成本效益的轻量化方案。

消费需求的变化也为车企带来了新的挑战，用户要求车企为车辆提供更多的新功能，而这类功能通常依赖于分量较重的钢材或相近的材料。为满足安全性、车辆性能并搭配车载信息娱乐系统，这类需求迫使车企面临车身增重的难题。为此，铝材制造商持续创新及设计，力图用挤压铝合金及其他先进的铝合金材料取代铁与钢材，最终实现汽车的轻量化。

据达克全球（Ducker Worldwide）预计，2015年美国新车所产的铝材重量约为400磅（约合180公斤），该机构是汽车行业趋势类数据供应商。据该机构预计，截止至2025年，铝材在皮卡车身件中的占比将超过75%，在大型轿车中的占比为24%，在SUV中的占比为22%，在微型车车身及覆盖件的占比为18%。

汽车中最常用到铝材为铝合金及挤压铝合金5000- 及6000系列，目前萨帕北美挤压公司等公司将重心放在提升6000系列合金，该铝合金最具成本效益。为紧抓轻量化这一市场机遇，萨帕等公司还在研发其他合金系统。

研究人员在俄亥俄州立大学的精密成形中心（Center for Precision Forming）进行了碰撞性能测试，其采用了两根截然不同的B柱。前者采用热冲压技术，由硼钢（boron steel）制成，后者则采用了7000系铝合金。两者的测试结果相近，但铝合金件的成本降低了近四成。

研发或提升铝材制造工艺

通用等车企一边引入新装配材料，一边要求旗下工程师研发新的制造工艺。为此，通用旗下车辆的铝合金及挤压铝合金用量正在不断上升。通用的工程师们发现，相较于低碳钢，上述材质弹性好、易于加工、耐腐蚀性较强。通用采用挤压铝合金制造车架横梁，用铝板制造车身钣金件，用复杂的一体式部件逐渐替代由多个部件组成的装配件，省去了各部件的整合装配流程。

据《福布斯》记者透露，新款全尺寸豪车凯迪拉克CT6的宝马5系车型的重量轻，因为前者采用了多种材料，车辆的关键结构件均采用铝材，将其铝的性能发挥至极致，提升了轻量化的应用效果。此外，通用工程师们还研发了一款焊嘴（welding tip），可用于钢、铝材料的焊接操作。这是一项重大的技术突破，因为焊接钢、铝两种材质难度大，主要是因为两种的熔点温度差别较大。

铝材的其他优点

除分量较轻以外，众多车企之所以青睐挤压铝合金，原因有以下几点：该材料可提升车辆的安全性，目前已投产的各类车型充分证明了这一点，由于该合金件设计精准，能量吸收表现好。另一项优点在于铝材易于回收，其材料的增值空间大。铝密集型车辆（aluminum-intensive）可媲美传统的钢制车辆。当车辆报废时，由于铝材的可回收和再利用性，还能增加了不少经济价值。在实现轻量化的进程中，车企也注意到了镁材，其关注度持续上升。