材料疲劳是安全大敌 塑料汽车离你并不远
2010-11-12 来源:中国聚合物网
关键词:塑料制品 碳纤维 聚乙烯 聚氯乙烯
汽车铝质材料
铝是人们最熟悉的金属之一。铝制炊具,铝制窗门等等,铝做为日常生活中最常用的金属,已经深入人们生活的各个方面。而在汽车领域中,铝材的广泛应用是近二十多年才出现的事情。
从70年代起,轿车技术上最明显的变化之一是大量启用了轻型材料,出现了许多用铝、塑料等做成的部件,其中铝材用量最多,集中在车身构件、发动机、空调器、保险杠、装饰件、车座等部件上。据调查,94年美国生产的每辆轿车中,平均用铝量为86.7公斤,比10年前增加了47%,汽车自重同20年前相比减轻了20%。由于轿车轻量化是节约燃料最重要的措施,现代轿车日益广泛使用铝材,已经成为一种趋势。例如轿车轮圈就是一个最明显的例子,80年代初,大部分轿车还是使用钢质轮圈,而今绝大部分轿车都是用铝合金轮圈了。
由于铝的比重只有铁的三分之一强,质量轻,而且铝材几乎可以全部回收,重新加工使用,对环境保护有好处。有些铝合金材的物理性能已与车用钢材相似,具有相当的强度和刚度,成本也日趋降低。因此,按照目前的技术来减少轿车的重量,最有效的途径就是采用铝材等优质材料来代替钢材。
但是,铝材应用在汽车上会遇到许多技术上的难题,加工难度比钢材要大得多。例如轿车车身大部分的工件都是靠冲压成形,由于铝材不是很平直的,如果用冲压钢板的方法去冲压铝板,会出现裂缝和褶皱。同时轿车车身大部分的工件都是用焊接组装,由于铝是热的良导体,在焊接时需要用相当于钢板焊接时5倍的电流消耗量来熔化它。另外,在防腐处理和喷漆工艺上,铝材都有自己的特殊要求,与众不同。由于铝材的应用会涉及到整个造车材料、工艺技术和加工设备的更新改造,轿车趋向使用铝材实际上就是汽车发展进程中的一场技术革命。
目前,轿车用铝合金材已具有多种规格,有些新型的铝合金材具有良好的冲压性、可焊性和抗蚀性,具有一定的强度和钢度,适用于制造刚度大的承载构件,例如车身部分。近年日本汽车制造业开发的一种新型铝合金板材,内含1%的镁和硅,可以越烘越硬,其性能参数已与钢板相似。
日本本田公司生产的顶级跑车NSX,车身和部分底盘零件全部用铝合金制做的,车体重量比用钢材制造时减轻了140公斤,整辆轿车轻了200公斤,燃料消耗率降低了13%。
目前全铝车身还仅限于高档轿车和跑车,随着时间的转移,制造成本的不断下降,将会有更多型号的轿车车身和零部件应用铝合金材。据预测,随着汽车技术的发展,到下世纪初汽车的主要材料将由钢材转为铝材,轿车的平均重量将会减轻35%。
车用钢板
汽车车身外壳绝大部分是金属材料,主要用钢板。现代汽车的钢板用什么方式防锈?为什么有些轿车声称车身防锈蚀年限达10年以上?
镀锌薄钢板广泛应用在汽车上,这是因为它有良好的抗腐蚀能力。早年人们在试验中发现,将铁和锌放人盐水中,二者无任何导线联结时,铁和锌都会生锈,铁生红锈,锌生“白锈”;若在二者间用导线联结起来,则铁不会生锈而锌生“白锈”,这样锌就保护了铁,这种现象叫牺牲阳极保护。工程师正是将这种现象运用到实际生产中,生产了镀锌钢板。经研究,在镀锌量350克/平方米(单面)时,镀锌钢板在屋外的寿命(生红锈),田园地带约为15一18年,工业地带大约3一5年,这比普通钢板长几倍甚至十几倍。
从20世纪70年代开始轿车车身钢板采用镀锌薄钢板,装配时镀锌面置于汽车内侧,提高车身耐蚀性能,非镀锌面置于汽车外侧,喷涂油漆。随着汽车对耐腐蚀性能的要求不断提高,镀锌钢板不断增加镀锌层重量,还出现了双层镀锌钢板。但由于增加镀锌重量也会使电镀锌的电能消耗大幅增加,导致材料成本的上升,因此20世纪70年代末又出现一种采用热浸镀锌工艺生产的镀锌钢板,称为热镀锌钢板。这种镀锌钢板用连续热镀锌工艺:冷轧板(注*)→加热→冷却至镀锌温度→镀锌→冷却→矫直。为了满足汽车对镀锌钢板的各种要求,一些生产厂家在镀锌生产线上对镀锌钢板进行扩散退火等特殊处理,以使钢板表面形成一种“锌-铁”合金镀层,其特点是涂漆后的焊接性和耐腐蚀性比纯锌镀层板要好。以后还出现了诸如“锌-铝-硅”、“锌-铝-铼”等合金化热镀锌钢板,使得热镀锌钢板的耐腐蚀性成倍提高,与油漆间的结合性能长期稳定。
目前轿车已经广泛使用镀锌钢板,采用的镀锌钢板厚度从0.5至3.0毫米,其中车身复盖件多用0.6至0.8毫米的镀锌钢板。德国奥迪轿车的车身部件绝大部分采用镀锌钢板(部分用铝合金板),美国别克轿车采用的钢板80%以上是双面热镀锌钢板,上海帕萨特车身的外复盖件采用电镀锌工艺,内复盖件内部采用热镀锌工艺,可以使车身防锈蚀保质期长达11年。(2001年4月14日)
注*:汽车车厢蒙皮板、车门、顶盖、底板等复盖件用薄钢板均是冷轧板,大梁、横粱、保险杆等均是热轧钢。
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(苒儿)