汽车常用材料应用及发展
李娜
摘 要： 针对现代材料在汽车上的应用，分析汽车中各种材料的应用场合和特点，提出了汽车材料要在满足汽车安全性、功能性的同时，把绿色环保放在首位，各种材料综合使用，在车身恰当的部位和行驶环境中使用最合适材料的应用观点。并对我国新能源汽车材料的发展方向进行了预盼。
关键词： 汽车材料;应用;发展
中图分类号： U465? ? ? ? ?文献标识码： A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.026
0 引言
材料是人类生产和生活所必需的物质，在汽车的生产制造和车辆工作行驶时用到的材料统称为汽车材料，汽车材料可归纳为汽车零部件材料和汽车运行材料两大类。
1 汽车材料的应用
现代生活对汽车安全性好、舒适性强、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等提出了各种要求，这需要设计者正确合理地选择汽车的材料。 而各种新材料的应用，也促进了汽车的功能性提高并且使汽车工业得以发展。如按照重量来换算，一辆轿车中的金属材料占整车重量的65%～80%，其中钢铁约占65%，有色金属约占10%;非金属材料占到12%～18%;其他如油漆、各种运行材料等占6%～12%。
2 汽车零部件材料
一辆汽车由约3万个零部件组装而成，这些零部件又采用了4000余种不同的种类、规格的材料加工制造而成。
2.1 金属材料
现代工业上金属和金属合金分为黑色金属和有色金属，我们说的钢铁材料就是黑色金属。汽车零部件材料现在以黑色金属为主，汽车工业中碳素钢或铸铁多用来制造普通的汽车结构零部件。功能性汽车零部件则采用合金钢制造，如齿轮、十字轴、汽车纵横梁等，还有专用的合金弹簧钢、滚动轴承钢，及用来制造空气压缩机阀片、汽车外装饰件的不锈钢，用于发动机进、排气门的耐热钢，耐磨钢则因为具有高抗磨损能力可用在拖拉机的履带上等。
有色金属是黑色金属以外金属的统称。汽车使用的有色金属主要有铝、铜及其合金和滑动轴承合金，如铝合金汽车轮毂和铝合金发动机缸体、铜合金轴套和衬套、汽车轴承合金制作的轴瓦等。
2.2 汽车非金属材料
随着现代材料性能的改良和各种新型材料的不断出现，在现代汽车制造中非金属材料的应用比例也在不断上升。
塑料在汽车上应用在仪表板、座椅、顶棚、门内板、发动机罩盖内衬等内饰件上，也应用于保险杠、散热器格栅、翼子板（挡泥板）、灯类等外饰件上，还能用在汽车冷却风扇、气门室罩盖、油箱、水泵等功能件和结构件上。因为橡胶的弹性、热可塑性、黏着性，还有绝缘性等性能良好，所以汽车上的减振元件、轮胎、垫圈、胶带、油管、皮碗、电线护套等都是由橡胶制造的。
汽车上常用的玻璃有钢化玻璃、夹层玻璃以及在其基础上衍生的其他类型汽车玻璃，如中空玻璃和防弹玻璃等。这些设计，即使玻璃破碎也不会产生尖锐的棱角。在当代汽车制造业中陶瓷和新型复合材料也得到了越来越多的应用，如发动机火花塞和功能陶瓷制造的氧传感器等由陶瓷制造;碳纤维合成的复合材料，它有良好的过载安全性、减少摩擦和振动，成型工艺简单等综合特点，碳纤维陶瓷汽车制动盘和碳纤维汽车轮毂在现代汽车上已经具体应用。
2.3 汽车运行材料
为保证汽车的正常行驶，除了汽车零部件材料外，汽車还需要燃料、机油、齿轮油、制动液、冷却液等大量的运行材料，以满足汽车能量的转换、传动的润滑和冷却、车辆制动等工作过程。
汽油和柴油燃烧时会对环境有污染，但是目前两者还是现代汽车工作的主要动力来源。此外，还有一些新型燃料，主要包括燃气、醇醚类燃料、合成油、生物柴油、氢能等。
汽油是点燃式发动机的燃料，车用汽油的主要选用依据是发动机的压缩比。要注意汽油和柴油不能混用;溶剂汽油不能与车用汽油混用;另外，汽油属于易燃易爆品，一定要注意安全。柴油是压燃式发动机的燃料，不同牌号的柴油可以混合使用， 并可根据气温的高低酌情调配，但严禁向柴油中掺入汽油。
汽车发动机润滑油使用量大，工作环境严格，一般按说明规定选用并要注意定期、定行驶里程或按质换油。汽车的手动变速器、减速器、转向器等处的齿轮机构，工作时会受到很大的单位压力，这些位置离不开齿轮油进行润滑和减摩。润滑脂俗称黄油，常温呈半固体状态。润滑脂具有许多优良性能，它是汽车中不可缺少的润滑材料。
汽车制动液俗称刹车油，目前主要是合成型制动液，按其基础液不同，常用的有醇醚型和脂型两种。汽车防冻液是一种含有特殊添加剂的冷却液，按防冻剂的不同，可分为酒精型、甘油型、乙二醇型等。汽车挡风玻璃清洗液（俗称玻璃水）的成分有水、酒精、乙二醇、缓蚀剂等，功能是清洁玻璃，防止结霜，防雾，以及润滑玻璃。
2.4 其他汽车材料
汽车电工材料可分为绝缘材料、导电材料、半导体材料和磁性材料，主要作用是导电、导磁或绝缘。另外，不少汽车美容与装饰材料，如汽车清洗剂、车蜡、汽车保护剂、车膜、汽车地胶、车载儿童座椅、汽车外装饰材料等也更多地出现和应用，以满足不同的驾驶人群对汽车安全、美观、娱乐、个性化的追求。
3 汽车材料的发展
随着汽车工业的发展和人们对生态环境重要性认识的提高，节能减排，绿色环保理念也更多地引入到汽车材料的研究、推广和应用上。汽车轻量化已在汽车材料的选择上得到了广泛的认同，轻量化的概念是指在保证汽车行驶安全的前提下，降低汽车重量同时增加汽车的功能，从而节约能源，减少污染。
在汽车制造中，有色金属及合金、非金属和复合材料等新材料将越来越多的代替传统的黑色金属。如铝、镁、钛、铜等有色金属及合金越来越多替代钢铁材料用于制造汽车构件，如奥迪推出的一款全铝汽车，车身采用全铝空间框架ASF使得车身质量比传统钢制车身轻40%以上，比同款大小的车轻150 kg。现代轿车中开始大量应用非金属材料，工程塑料正广泛用于汽车保险杠、内外饰覆盖件及车用安全玻璃等。尼龙材料制成的发动机盖具有良好的表面，选用有颜色的铸模成型件，还能节省涂装，更经济和环保。用尼龙进气箱阀替代原来的铝进气箱阀，可使生产成本下降30%并减轻50%的质量。
复合材料有质量轻、耐冲击和异形曲面加工容易等良好性能，或有助于用在汽车车身和其他车用大型结构件的制造上。前面提到的碳纤维材料，同样体积大小的材料重量不到钢的30%，且有很好的韧性和抗拉强度。此外，陶瓷和其他高分子材料也都在汽车上得到了一定的应用，如发动机燃烧室零部件适用陶瓷的薄膜喷涂技术处理，提高了隔热效果，有效减少了散热，降低燃油消耗，使发动机体积更小，质量更轻。
多种材料的综合使用将会是汽车材料发展的方向，我们追求的是在满足汽车安全性、功能性的同时，把绿色环保放在首位，在车身恰当的部位和行驶环境中使用最合适的材料。
4 新能源汽车材料的发展
2018年以来，中国汽车市场由多年的高速增长进入了微增长或负增长阶段，而世界汽车制造业也从传统的机械加工进入智能化、柔性化的改变。所以我国现阶段和未来一个时期，已把新能源汽车产业上升为国家战略。新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。可以通过热能、水能、风能、太阳能等得来的电能是二次能源，清洁环保。以电能为动力的汽车称为电动汽车，是当今汽车行业的发展方向。
目前全球一半电动汽车都在中国制造，电动汽车的研发，关键在于减少二氧化碳排放，创新动力系统的概念设计。除电池重量外，还要考虑降低车身重量，这就需要更好的高性能材料来取代原有旧的材质，使车身和电池单元变得更轻，我国在电动汽车新材料的创新研发方面发挥着带头作用。
未来汽车要想在真正意义上超越传统的能源汽车，就必须以新能源为动力的汽车上所应用的汽车材料为引领，考虑安全性、节能性和通用性，对重要位置的材料进行实用性技术突破。优良特性的合金材料、高性能的电工电子材料、综合性价比高的非金属及复合材料、石墨烯和新能源材料等各种新材料将逐步被应用在汽车上，全球汽车材料产业必将经历一场前所未有的变革。
