隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車的功能日益完善，汽車的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的汽車通常由幾千個(gè)零件組成，現(xiàn)代高級矯車由幾萬個(gè)零部件組成。為滿足汽車節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的要求，實(shí)現(xiàn)輕量化、高強(qiáng)度、高性能的目標(biāo)，構(gòu)成汽車的材料也發(fā)生了巨大的變化。

通常按照材料的成分，將汽車材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，未來汽車材料除金屬材料、非金屬材料外，復(fù)合材料和納米材料也將獲得廣泛應(yīng)用。

■新型結(jié)構(gòu)材料

1.高強(qiáng)度鋼板

從前的高強(qiáng)度鋼板，拉延強(qiáng)度雖高于低碳鋼板，但延伸率只有后者的50％，故只適用于形狀簡單、延伸深度不大的零件?，F(xiàn)在的高強(qiáng)度鋼板是在低碳鋼內(nèi)加入適當(dāng)?shù)奈⒘吭?，?jīng)各種處理軋制而成，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)420N/mm2，是普通低碳鋼板的2~3倍，深拉延性能極好，可軋制成很薄的鋼板，是車身輕量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中國奇瑞汽車公司與寶鋼合作，2001年在試制樣車上使用的高強(qiáng)度鋼用量為262kg，占車身鋼板用量的46%，對減重和改進(jìn)車身性能起到了良好的作用。

    要有含磷冷軋鋼板、烘烤硬化冷軋鋼板、冷軋雙相鋼板和高強(qiáng)度1F冷軋鋼等，車身設(shè)計(jì)師可根據(jù)板制零件受力情況和形狀復(fù)雜程度來選擇鋼板品種。

含磷高強(qiáng)度冷軋鋼板：含磷高強(qiáng)度冷軋鋼板主要用于轎車外板、車門、頂蓋和行李箱蓋升板，也可用于載貨汽車駕駛室的沖壓件。主要特點(diǎn)為：具有較高強(qiáng)度，比普通冷軋鋼板高15％~25％；良好的強(qiáng)度和塑性平衡，即隨著強(qiáng)度的增加，伸長率和應(yīng)變硬化指數(shù)下降甚微；具有良好的耐腐蝕性，比普通冷軋鋼板提高20％；具有良好的點(diǎn)焊性能；

烘烤硬化冷軋鋼板：經(jīng)過沖壓、拉延變形及烤漆高溫時(shí)效處理，屈服強(qiáng)度得以提高。這種簡稱為BH鋼板的烘烤硬化鋼板既薄又有足夠的強(qiáng)度，是車身外板輕量化設(shè)計(jì)首選材料之一；

冷軋雙向鋼板：具有連續(xù)屈服、屈強(qiáng)比低和加工硬化高、兼?zhèn)涓邚?qiáng)度及高塑性的特點(diǎn)，經(jīng)烤漆后強(qiáng)度可進(jìn)一步提高。適用于形狀復(fù)雜且要求強(qiáng)度高的車身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如車門加強(qiáng)板、保險(xiǎn)杠等；

超低碳高強(qiáng)度冷軋鋼板：在超低碳鋼（C≤0.005％）中加入適量鈦或鈮，以保證鋼板的深沖性能，再添加適量的磷以提高鋼板的強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)了深沖性與高強(qiáng)度的結(jié)合，特別適用于一些形狀復(fù)雜而強(qiáng)度要求高的沖壓零件。

輕量化迭層鋼板：迭層鋼板是在兩層超薄鋼板之間壓入塑料的復(fù)合材料，表層鋼板厚度為0.2~0.3mm，塑料層的厚度占總厚度的25％~65％。與具有同樣剛度的單層鋼板相比，質(zhì)量只有57％。隔熱防振性能良好，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋、車身底板等部件。

2.鋁合金

與汽車鋼板相比，鋁合金具有密度?。?.7g/cm3）、比強(qiáng)度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形、可回收再生等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)成熟。德國大眾公司的新型奧迪A2型轎車，由于采用了全鋁車身骨架和外板結(jié)構(gòu)，使其總質(zhì)量減少了135kg，比傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奧迪A8通過使用性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數(shù)量從50個(gè)減至29個(gè)，車身框架完全閉合。這種結(jié)構(gòu)不僅使車身的扭轉(zhuǎn)剛度提高了60%，還比同類車型的鋼制車身車重減少50%。由于所有的鋁合金都可以回收再生利用，深受環(huán)保人士的歡迎。

根據(jù)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，采用激光束壓合成型工藝，將不同厚度的鋁板或者用鋁板與鋼板復(fù)合成型，再在表面涂覆防腐蝕材料使其結(jié)構(gòu)輕量化且具有良好的耐腐蝕性。

鋁合金已成為僅次于鋼材的汽車用金屬材料，能夠?yàn)槠囂峁└鞣N鋁合金鑄件、沖壓結(jié)構(gòu)件和拉制的鋁型材。鋁合金主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、活塞、進(jìn)氣支管、氣缸蓋、變速器殼體、矯車的骨架、車身、座椅支架、車輪等部件。

3.鎂合金和鈦合金

鎂的密度為1.8g/cm3，僅為鋼材密度的35％，鋁材密度的66％。此外它的比強(qiáng)度、比剛度高，阻尼性、導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性好，因此在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鎂的儲藏量十分豐富，鎂可從石棉、白云石、滑石中提取，特別是海水的鹽分中含 3.7%的鎂。近年來鎂合金在世界范圍內(nèi)的增長率高達(dá)20％。

鑄造鎂合金的車門由成型鋁材制成的門框和耐碰撞的鎂合金骨架、內(nèi)板組成。另一種鎂合金制成的車門，它由內(nèi)外車門板和中間蜂窩狀加強(qiáng)筋構(gòu)成，每扇門的凈質(zhì)量比傳統(tǒng)的鋼制車門輕10kg，且剛度極高。隨著壓鑄技術(shù)的進(jìn)步，已可以制造出形狀復(fù)雜的薄壁鎂合金車身零件，如前、后擋板、儀表盤、方向盤等。

鈦的比重為4.6g/cm3，僅是鐵的1/2，但強(qiáng)度和硬度超過了鋼，且不易生銹。用鈦合金鑄造的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件更輕、更堅(jiān)固和更耐腐蝕，鈦合金車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，其特點(diǎn)是密度小，僅為0.4~0.7g／cm3，彈性好，當(dāng)受力壓縮變形后，可憑自身的彈性恢復(fù)原料形狀。泡沫合金板種類繁多，除了泡沫鋁合金板外，還有泡沫鋅合金、泡沫錫合金、泡沫鋼等，可根據(jù)不同的需要進(jìn)行選擇。由于泡沫合金板的特殊性能，特別是出眾的低密度、良好的隔熱吸振性能，深受汽車制造商的青睞。目前，用泡沫鋁合金制成的零部件有發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋等。

5.蜂窩夾芯復(fù)合板

蜂窩夾芯復(fù)合板是兩層薄面板中間夾一層厚而極輕的蜂窩組成。根據(jù)夾芯材料的不同，可分為紙蜂窩、玻璃布蜂窩、玻璃纖維增強(qiáng)樹脂蜂窩、鋁蜂窩等；面板可以采用玻璃鋼、塑料、鋁板和鋼板等材料。由于蜂窩夾芯復(fù)合板具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度和比剛度高、抗振、隔熱、隔音和阻燃等特點(diǎn)，故在汽車車身上獲得較多應(yīng)用，如車身外板、車門、車架、保險(xiǎn)杠、座椅框架等。英國發(fā)明了一種以聚丙烯作芯，鋼板為面板的薄夾層板用以替代鋼制車身外板，使零件質(zhì)量減輕了50%~60%，且易于沖壓成型。

6.工程塑料

與通用塑料相比，工程塑料具有優(yōu)良的機(jī)械性能、電性能、耐化學(xué)性、耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性等特點(diǎn)，且比要取代的金屬材料輕、成型時(shí)能耗少。二十世紀(jì)七十年代起，以軟質(zhì)聚氯乙烯、聚氨酯為主的泡沫類、襯墊類、緩沖材料等塑料在汽車工業(yè)中被廣泛采用。福特公司開發(fā)的LTD試驗(yàn)車，塑料化后的車身取得了輕量化方面的明顯成果。

中國工程塑料工業(yè)普遍存在工藝落后、設(shè)備陳舊、規(guī)模小、品種少、質(zhì)量不穩(wěn)定的狀況，而且價(jià)格高，缺乏市場競爭力。工程塑料在汽車上的應(yīng)用僅相當(dāng)于國外上世紀(jì)八十年代的水平。如上海桑塔納轎車塑料用量僅為2.86kg/輛，紅旗CA7228型轎車為2.4kg/輛，而日本轎車平均為14kg/輛，寶馬則更高，為35.64kg/輛。但這種局面將很快被打破，由上海普利特復(fù)合材料有限公司投資新建、國內(nèi)大的汽車用高性能ABS工程塑料生產(chǎn)基地日前在上海建成投產(chǎn)。此項(xiàng)目引進(jìn)了世界先進(jìn)的工程塑料生成線和試驗(yàn)檢測儀器等設(shè)備，形成了年產(chǎn)15,000噸高性能ABS工程塑料的能力。

工程塑料用于汽車可實(shí)現(xiàn)輕量化和節(jié)能，且可回收和循環(huán)利用。目前六大類的塑料：PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE在汽車上得到廣泛的應(yīng)用，通常用于制造車身覆蓋件、車門門襤、車身內(nèi)外裝飾件和水箱面罩、保險(xiǎn)杠和車輪護(hù)罩等。

7.高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料

復(fù)合材料是一種多相材料，是由有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬和金屬等原材料復(fù)合而成。目前玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料和碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料在汽車上已經(jīng)獲得成功的應(yīng)用。

玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料耐腐蝕、絕緣性好，特別是有良好的可塑性，對模具要求較低，對制造車身大型覆蓋件的模具加工工藝較簡易，生產(chǎn)周期短，成本較低。在矯車和客車上，采用玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料制造的矯車車身覆蓋件、客車前后圍覆蓋件和貨車駕駛室等零部件。

高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料，特別是碳纖維復(fù)合材料（CFRP），因其質(zhì)量小，而且具有高強(qiáng)度、高剛性，有良好的耐蠕變與耐腐蝕性，因而是很有前途的汽車用輕量化材料。碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用，美國開展的好。

二十世紀(jì)八十年代后期，復(fù)合材料車身外覆件得到大量的應(yīng)用和推廣，如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、翼子板、車門、車頂板、導(dǎo)流罩、車廂后擋板等，甚至出現(xiàn)了全復(fù)合材料的卡車駕駛室和轎車車身。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐美等國汽車復(fù)合材料的用量約占本國復(fù)合材料總產(chǎn)量的33％左右，并繼續(xù)呈增長態(tài)勢，復(fù)合材料作為汽車車身的外覆件來說，無論從設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)制造、應(yīng)用都已成熟，并已從車身外覆件的使用向汽車的內(nèi)飾件和結(jié)構(gòu)件方向發(fā)展。為法國SORA公司為雷諾汽車公司開發(fā)的全復(fù)合材料轎車車身和重型卡車駕駛室。上海通用柳州汽車公司和東風(fēng)公司計(jì)劃推出全復(fù)合材料車身的家庭用小轎車。

8.陶瓷材料

由于陶瓷本身具有的特殊力學(xué)性能以及對熱、電、光等的物理性能，陶瓷材料特別是特種陶瓷在汽車上的應(yīng)用日益受到人們的重視。我國已成功研制鈦酸鋁陶瓷-鋁合金復(fù)合排氣管、氮化硅陶瓷柴油機(jī)渦輪增壓轉(zhuǎn)子和球軸承等汽車部件。

汽車的構(gòu)造材料可反映人類所應(yīng)用材料的技術(shù)水平。目前，6 類主要材料如鋼﹑鐵﹑塑料﹑鋁﹑橡膠﹑玻璃共占轎車質(zhì)量的90%，其余10%為其他多種材料，包括有色金屬（銅、鉛、鋅、錫等），車中裝備的液體（燃油、潤滑劑、其他油品和水基液等）， 油漆、纖維制品。如富康轎車用料為鋼55%，鑄鐵12%，塑料12%，鋁6%，橡膠3%。常見汽車材料的構(gòu)成如下圖所示。

■新型功能材料

1.稀土材料

中國稀土資源豐富，居世界前列。世界已探明的稀土儲量中國占世界已探明資源的80%，為我國大力開發(fā)稀土材料提供了得天獨(dú)厚的條件。

使用汽車廢氣凈化催化劑是控制汽車廢氣排放、減少污染的有效的手段。含稀土的汽車廢氣凈化催化劑價(jià)格低、熱穩(wěn)定性好、活性較高，使用壽命長，引起了人們的廣泛關(guān)注。

汽車廢氣凈化稀土催化劑所用的稀土成分主要是氧化鈰、氧化鑭和氧化鐠等。用于汽車廢氣凈化催化劑的載體通常為蜂窩陶瓷，稀土還可以作為陶瓷載體的穩(wěn)定劑以及活性涂層材料等。

2.納米材料

納米科技是21世紀(jì)科技產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容之一，它是高度交叉的綜合性學(xué)科，包括物理、化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)和電子學(xué)。它不僅包含以觀測、分析和研究為主線的基礎(chǔ)學(xué)科，還有以納米工程與加工學(xué)為主線的技術(shù)科學(xué)，所以納米科學(xué)與技術(shù)也是一個(gè)融前沿科學(xué)和高技術(shù)于一體的完整體系。

納米技術(shù)將在汽車上的結(jié)構(gòu)材料、節(jié)能、環(huán)保等方面獲得廣泛的應(yīng)用。納米陶瓷材料的耐磨性和質(zhì)量減小、穩(wěn)定性增強(qiáng)。納米陶瓷軸已經(jīng)應(yīng)用在奔弛等高級矯車上，使機(jī)械轉(zhuǎn)速加快、質(zhì)量減小、穩(wěn)定性增強(qiáng)、使用壽命延長。

納米汽油是一種利用現(xiàn)代新納米技術(shù)開發(fā)的汽油微乳化劑，納米汽油可以降低油耗10%-20%，可降低廢氣中有害氣體含量50%-80%。

納米潤滑劑是采用納米技術(shù)改善潤滑油分子結(jié)構(gòu)的石油產(chǎn)品，它不對任何潤滑油添加劑、穩(wěn)定劑、處理劑、發(fā)動(dòng)機(jī)增潤劑或減磨劑等產(chǎn)生不良作用，只是在零件金屬表面自動(dòng)形成純烴類單個(gè)原子厚度的一層薄膜。

納米增強(qiáng)增韌塑料可以代替金屬材料，由于它們比重小重量輕，因此廣泛用于汽車上可以大幅度減輕汽車重量，達(dá)到節(jié)省燃料的目的?？梢杂糜谄嚿系谋ｋU(xiǎn)杠、座椅、翼子板、頂蓬蓋、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、行李艙蓋以及變速器箱體、齒輪傳動(dòng)裝置等一些重要部件?？棺贤饩€老化塑料能夠吸收和反射紫外線，比普通塑料的抗紫外線能力提高20倍以上，能有效延長其使用壽命。無機(jī)納米抗菌塑料加工簡單，廣譜抗菌，24h接觸殺菌率達(dá)90%，無副作用，可以用在車門把手、方向盤、座椅面料、儲物盒等易污部件。