未来汽车材料应用观 材料工程导论 By孙诚洪毅恺张若曦 李昊辰岳辰玮
材料工程导论 By 孙诚 洪毅恺 张若曦 李昊辰 岳辰玮 未来汽车材料应用观
随着中国汽车工业的高速发展，市 场和法规对汽车节能、环保、安全、舒 适的要求与日俱增，汽车工业面临着巨 大的挑战，而解决这一系列问题，只有 依靠技术进步。材料是构成汽车的物质 基础，汽车中每个零件的生产制造都会 涉及到材料技术，汽车技术进步在很大 程度上取决于材料技术的发展。 PRESENTICA 材料技术与汽车业的可持 续发展密切相关
PRESENTICA 材料技术与汽车业的可持 续发展密切相关 随着中国汽车工业的高速发展，市 场和法规对汽车节能、环保、安全、舒 适的要求与日俱增，汽车工业面临着巨 大的挑战，而解决这一系列问题，只有 依靠技术进步。材料是构成汽车的物质 基础，汽车中每个零件的生产制造都会 涉及到材料技术，汽车技术进步在很大 程度上取决于材料技术的发展
F ● 汽车与材料 目前，汽车上应用的材料可分成如下两大类。 1.结构材料 构造汽车零部件所用的材料。包括金属材 ABOUT US 料如钢铁材料、有色金属（铜合金、铝合 金、镁合金等)、金属基复合材料等；非 金属材料如塑料、橡胶、玻璃、涂料、粘 接剂、非金属基复合材料等。 2.功能材料 在汽车工作过程中，起特殊作用的材料。 如传感器材料、电子材料、磁性材料、尾 气后处理材料等
ABOUT US 目前，汽车上应用的材料可分成如下两大类。 汽车与材料 1.结构材料 构造汽车零部件所用的材料。包括金属材 料如钢铁材料、有色金属（铜合金、铝合 金、镁合金等）、金属基复合材料等；非 金属材料如塑料、橡胶、玻璃、涂料、粘 接剂、非金属基复合材料等。 2.功能材料 在汽车工作过程中，起特殊作用的材料。 如传感器材料、电子材料、磁性材料、尾 气后处理材料等
F ● > 一、汽车节能对新材料技术的 需求 >二、汽车环保和回收再利用对 新材料的要求. ABOUT REQUIREMENT >三、汽车安全对新材料的要求 > 四、汽车舒适性对新材料的要 求
ABOUT REQUIREMENT 一、汽车节能对新材料技术的 需求 > 二、汽车环保和回收再利用对 新材料的要求. > > 三、汽车安全对新材料的要求. 四、汽车舒适性对新材料的要 求 >
面临不可再生的石油资源，各国政府颁布的 汽车燃油耗标准越来越低。简单地把车辆尺 寸变小已经难以满足新法规的要求，为了达 到发动机排量降低但不牺牲动力性能以满足 新法规的目的，除改进动力系统外，汽车生 产商需要应用一系列新材料、新技术，采用 汽车节能 更先进的与新材料相适应的制造工艺。 轻量 耐磨 减摩 化材 材料 材料 口乘用车 About This Service ■轻卡 能有效减轻汽车零部件自重的材料。低密度材料 84082840 如铝合金、镁合金、钛合金、塑料、复合材料。 高强度材料如高强度钢、高强度不锈钢、高强度 铸铁。据估计，重型载货车自重减轻15%~20%， 燃料效率可提高2%~5%。采用高强度钢、铝合 金、镁合金、塑料与复合材料等轻量化材料，可 显著减轻车身、底盘、发动机及其他零部件的自 重。 年份 图1CFAE燃油消耗规范变化情况
汽车节能 面临不可再生的石油资源，各国政府颁布的 汽车燃油耗标准越来越低。简单地把车辆尺 寸变小已经难以满足新法规的要求，为了达 到发动机排量降低但不牺牲动力性能以满足 新法规的目的，除改进动力系统外，汽车生 产商需要应用一系列新材料、新技术，采用 更先进的与新材料相适应的制造工艺。 About This Service 能有效减轻汽车零部件自重的材料。低密度材料 如铝合金、镁合金、钛合金、塑料、复合材料。 高强度材料如高强度钢、高强度不锈钢、高强度 铸铁。据估计，重型载货车自重减轻15％～20％， 燃料效率可提高2％～5％。采用高强度钢、铝合 金、镁合金、塑料与复合材料等轻量化材料，可 显著减轻车身、底盘、发动机及其他零部件的自 重。 耐磨 材料 减摩 材料 轻量 化材 料
汽车环保 降低发动机排 一方面必须提高车辆回 放的材料 和回收再利用 收利用率和材料的再利 用率 另一方面，必须减少发 这类材料能有 动机尾气中的有害成分， 效地减少发动 即尽可能让燃油充分完 机尾气中的有 全的燃烧，且对汽车尾 害成分，如高 品质的燃料与 气进行必要的后处理。 润滑剂、尾气 后处理材料等。 绿色材料 先进的材料回 收再生技术 使用拉曼光请分析法的塑料分拣系统示意图 不含铅的易 削钢、轴瓦 不含有传统 非金属材料 材料，水性 材料中的有 的分拣技术、 涂料、粘结 害物质，易 有色金属碎 剂，天然纤 于降解，对 末的熔炼技 维复合材料 环境友好 术 Q中国汽车动料网
汽车环保 和回收再利用 一方面必须提高车辆回 收利用率和材料的再利 用率 另一方面，必须减少发 动机尾气中的有害成分， 即尽可能让燃油充分完 全的燃烧，且对汽车尾 气进行必要的后处理。 不含有传统 材料中的有 害物质，易 于降解，对 环境友好 这类材料能有 效地减少发动 机尾气中的有 害成分，如高 品质的燃料与 润滑剂、尾气 后处理材料等。非金属材料 的分拣技术、 有色金属碎 末的熔炼技 术 绿色材料 降低发动机排 放的材料 先进的材料回 收再生技术 不含铅的易 削钢、轴瓦 材料，水性 涂料、粘结 剂，天然纤 维复合材料 等
F ● 成大头部 儿童头部 国际上很多国家对 腿 汽车安全 汽车安全性能有着 (a)行人保护示意图 越来越高的要求。 提高汽车安全性能 的重要手段之一， 就是采用有助于提 高车辆安全性的零 部件，即具有高冲 击能量吸收率的材 料制造吸能零部件。 (b)实际行人保护碰撞试验 图3采用具有高吸能特性铝合金发动机罩盖对行人进行保护 LOCATION INDICATION: ● First Indication Text First Indication Text First Indication Text
汽车安全 LOCATION INDICATION: First Indication Text 国际上很多国家对 汽车安全性能有着 越来越高的要求。 提高汽车安全性能 的重要手段之一， 就是采用有助于提 高车辆安全性的零 部件，即具有高冲 击能量吸收率的材 料制造吸能零部件。 First Indication Text First Indication Text
F ● 汽车舒适性 45 40 30 mm 随着高速公路的发展及车速的不断提高， 35 都对汽车的舒适性提出了更高的要求。 30 20mm 主要考虑在以下几个方面做出改善：足 够的内部空间、静音环境(NVH)、人 25 性化内部设施。 短 20 (1)具有高阻尼性 (2)具有高隔音性 能的材料。 能的材料。 15 10 mm 能有效地吸收车辆 这类材料能有效地 或零部件运动时所 降低车辆或零部件 10 产生的振动能量， 运行时所产生的噪 L 减轻车辆或零部件 声，如金属、非金 1000 10000 的振动，如金属、 属发泡材料，金属 频率Hz 非金属发泡材料， 一非金属一金属夹 金属一非金属一金 层材料，铝合金、 图4不同厚度闭孔泡沫铝裸板隔音性能 属夹层材料等。 镁合金等
汽车舒适性 随着高速公路的发展及车速的不断提高， 都对汽车的舒适性提出了更高的要求。 主要考虑在以下几个方面做出改善：足 够的内部空间、静音环境（NVH）、人 性化内部设施。 （1）具有高阻尼性 能的材料。 能有效地吸收车辆 或零部件运动时所 产生的振动能量， 减轻车辆或零部件 的振动，如金属、 非金属发泡材料， 金属－非金属－金 属夹层材料等。 （2）具有高隔音性 能的材料。 这类材料能有效地 降低车辆或零部件 运行时所产生的噪 声，如金属、非金 属发泡材料，金属 －非金属－金属夹 层材料，铝合金、 镁合金等
F ● 新材料技术 热电技 术 通过热电转换装置利用余热、废热 直接进行温差发电不但可以有效地 缓解能源短缺问题，也有利于减少 环境污染。此外温差发电不需要使 用传动部件，还具有工作时静音、 无排弃物，对环境没有污染，并且 这种材料性能可靠，使用寿命长等 优点
新材料技术 热电技术 通过热电转换装置利用余热、废热 直接进行温差发电不但可以有效地 缓解能源短缺问题，也有利于减少 环境污染。此外温差发电不需要使 用传动部件，还具有工作时静音、 无排弃物，对环境没有污染，并且 这种材料性能可靠，使用寿命长等 优点
F ● 水 斥水材料 疏水突起 纳米粗糙表面 i 空气 水黾在水上稳定站立、 快速行走归功于腿部特 殊的微纳结合的结构效 应。在高倍显微镜下观 察发现，水黾腿部有数 千根按同一方向排列的 多层直径不足3微米的 刚毛，这些刚毛表面形 成螺旋状的纳米沟槽， 吸附在沟槽中的气泡形 成气垫，从而让水黾能 够在水面上自由地穿梭
斥水材料 水黾在水上稳定站立、 快速行走归功于腿部特 殊的微纳结合的结构效 应。在高倍显微镜下观 察发现，水黾腿部有数 千根按同一方向排列的 多层直径不足3 微米的 刚毛，这些刚毛表面形 成螺旋状的纳米沟槽， 吸附在沟槽中的气泡形 成气垫，从而让水黾能 够在水面上自由地穿梭