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)越來越復雜，傳統(tǒng)的汽車通常由幾千個零件組成，現(xiàn)代高級矯車由幾萬個零部件組成。為滿足汽車節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的要求，實現(xiàn)輕量化、高強度、高性能的目標，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.高強度鋼板

從前的高強度鋼板，拉延強度雖高于低碳鋼板，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)在的高強度鋼板是在低碳鋼內(nèi)加入適當?shù)奈⒘吭兀?jīng)各種處理軋制而成，其抗拉強度高達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度鋼用量為262kg，占車身鋼板用量的46%，對減重和改進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度1F冷軋鋼等，車身設(shè)計師可根據(jù)板制零件受力情況和形狀復雜程度來選擇鋼板品種。

含磷高強度冷軋鋼板：含磷高強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。主要特點為：具有較高強度，比普通冷軋鋼板高15％~25％；良好的強度和塑性平衡，即隨著強度的增加，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效處理，屈服強度得以提高。這種簡稱為BH鋼板的烘烤硬化鋼板既薄又有足夠的強度，是車身外板輕量化設(shè)計首選材料之一；

冷軋雙向鋼板：具有連續(xù)屈服、屈強比低和加工硬化高、兼?zhèn)涓邚姸燃案咚苄缘奶攸c，經(jīng)烤漆后強度可進一步提高。適用于形狀復雜且要求強度高的車身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如車門加強板、保險杠等；

超低碳高強度冷軋鋼板：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度。實現(xiàn)了深沖性與高強度的結(jié)合，特別適用于一些形狀復雜而強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)動機罩、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）、比強度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形、可回收再生等優(yōu)點，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個減至29個，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，能夠為汽車提供各種鋁合金鑄件、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)動機缸體、活塞、進氣支管、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％。此外它的比強度、比剛度高，阻尼性、導熱性好，電磁屏蔽能力強，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)的進步，已可以制造出形狀復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)動機部件更輕、更堅固和更耐腐蝕，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，其特點是密度小，僅為0.4~0.7g／cm3，彈性好，當受力壓縮變形后，可憑自身的彈性恢復原料形狀。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)動機罩、行李箱蓋等。

5.蜂窩夾芯復合板

蜂窩夾芯復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。由于蜂窩夾芯復合板具有輕質(zhì)、比強度和比剛度高、抗振、隔熱、隔音和阻燃等特點，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)良的機械性能、電性能、耐化學性、耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性等特點，且比要取代的金屬材料輕、成型時能耗少。二十世紀七十年代起，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，而且價格高，缺乏市場競爭力。工程塑料在汽車上的應(yīng)用僅相當于國外上世紀八十年代的水平。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)。此項目引進了世界先進的工程塑料生成線和試驗檢測儀器等設(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、保險杠和車輪護罩等。

7.高強度纖維復合材料

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

玻璃纖維增強樹脂復合材料耐腐蝕、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，采用玻璃纖維增強樹脂復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。

高強度纖維復合材料，特別是碳纖維復合材料（CFRP），因其質(zhì)量小，而且具有高強度、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。碳纖維復合材料在汽車上的應(yīng)用，美國開展的好。

二十世紀八十年代后期，復合材料車身外覆件得到大量的應(yīng)用和推廣，如發(fā)動機罩、翼子板、車門、車頂板、導流罩、車廂后擋板等，甚至出現(xiàn)了全復合材料的卡車駕駛室和轎車車身。據(jù)統(tǒng)計，在歐美等國汽車復合材料的用量約占本國復合材料總產(chǎn)量的33％左右，并繼續(xù)呈增長態(tài)勢，復合材料作為汽車車身的外覆件來說，無論從設(shè)計還是生產(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公司計劃推出全復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-鋁合金復合排氣管、氮化硅陶瓷柴油機渦輪增壓轉(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科，包括物理、化學、生物學、材料科學和電子學。它不僅包含以觀測、分析和研究為主線的基礎(chǔ)學科，還有以納米工程與加工學為主線的技術(shù)科學，所以納米科學與技術(shù)也是一個融前沿科學和高技術(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。納米陶瓷軸已經(jīng)應(yīng)用在奔弛等高級矯車上，使機械轉(zhuǎn)速加快、質(zhì)量減小、穩(wěn)定性增強、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)動機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形成純烴類單個原子厚度的一層薄膜。

納米增強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，達到節(jié)省燃料的目的。可以用于汽車上的保險杠、座椅、翼子板、頂蓬蓋、車門、發(fā)動機蓋、行李艙蓋以及變速器箱體、齒輪傳動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。無機納米抗菌塑料加工簡單，廣譜抗菌，24h接觸殺菌率達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。