前沿播报丨丁文江院士:汽车轻量化技术

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第19届亚太汽车工程年会&2017中国汽车工程学会年会暨展览会(APAC 19 &2017 SAECCE)于10月24-26日举办,本次论坛以“未来汽车与交通变革”为主题，携手行业领导、学会领导、院士、汽车及相关行业权威专家在内逾3000余位国内外业界嘉宾共同探讨汽车产业车厂与零部件协同创新和技术发展路径。以下是上海交通大学丁文江院士在会议上的演讲实录：
　　

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　　上海交通大学丁文江院士

丁文江：我很少参加中国汽车工程学会的活动，参加的少。因为我是搞材料的，现在搞材料搞起来慢慢接触汽车行业了，所以非常感谢今天给我这么一个机会给大家做一个主要是我们自己工作的一个汇报。题目是“汽车轻量化技术”，我主要讲三件事情，一个是镁，一个是铝，还有一个是碳纤维的回收。

　　轻量化的意义这个不多说了。这个图也是从汽车减重效应里面，是北汽集团写的，就是汽车减重10%，会带来一系列的非常好的一些油耗下降、碳排放下降等一系列的效应。减重的话对于电动车的效益更大，更有单位重量的减重下来的效益可能会更高。

　　铝合金在汽车里面总的用途占到80%，变形的占到19%，这就是一些典型的部件的轻量化。我主要讲我们自己在汽车上做的一个工作，这个主要是现在的毛病，就是我们讲汽车这个事情，现在我们像这种事情合作的对象基本上都是跨界的，因为国内的车企它都是整辆车从国外引进，一引进以后这个材料就定形了，所以你要帮他开发新材料没法开发，，就调研以后变成这样一个结果出来，叫要用呢没好才，就是说比如我们航空发动机，我们的轨道高铁很多还是要进口，但是还有一个矛盾也来了，就是好材有了不会用，或者是不敢用，所以这也是一个问题。所以这个工作主要是跟通用合作的，所以做了叫非热处理型自强化压铸铝合金，现在的汽车上面的压铸铝合金大部分都是60年前美国通用的专利，叫A380或者叫ADC12，这个材料全世界大概消耗800万吨，基本上是这样。随着汽车的轻量化的进展，问题来了，就是这个轻量化现在对汽车材料的特性提的越来越高。这里就是我给大家讲的，比如说随着对韧性的要求越来越高，现在我们汽车上面用的铝合金压铸用的或者是A380的，延伸率是在变，受到冲击马上就不行，我去用了不少，包括变速箱什么都用，现在有时候底盘也用，包括新能源车的电池箱，装电池的箱子，这个就要开发一些新的材料，这个材料就是叫交大1号铝，JDA1。这个铝合金具有很多优秀的特点，最重要的就是它可以在不要热处理的条件下，因为那个汽车行业讲成本，一热处理马上成本就要增加，就可以达到这样的一些性能。

　　我们还开发了一个交大的2号的压铸铝合金，也是非热处理的，这个就是为了满足更高的韧性，甚至于包括保险架什么东西，所以这个叫交大2号JDA2，也是热处理的，强度都全面比现有的材料都要好。这个也是我们应该有点自豪的事，就是这两个铝合金是中国的专利，也是美国的专利，然后第一次进入美国通用的开发标准，因为美国通用汽车他这个开发新汽车内部需要有一个选材标准，这是第一次世界上国外研制的铝合金的标准，而且这个铝合金已经叫Omega—3，就是凯迪拉克的车上已经批量使用，这是我们花了一段时间的，而且是批量式的。现在所有的Omega里面大概有6个零件开始用这个产品。

　　第二个讲讲镁合金的新材料，长安对这个镁合金有了很多新的试验，因为镁这个材料的比重要比铝更轻，轻1/3，也是很了不起的，用了这样一个材料。我们也是开发了八个镁合金的新材料，而且已经列入国家标准，而且是很快进入世界标准。中国的铝合金没有一个合金进入世界的标准，镁合金现在我们也正在开始进去，这个就是交大1号镁。交大1号镁的特点是什么？因为过去镁在汽车上用担心它的耐腐蚀，长安搞出来的基本上都是应用在方向盘、仪表盘、骨架，没有总成内件。我们希望像镁能够用到汽车上面，能够承担总成内件，就要解决高韧性以及抗腐蚀，这个就是我们高大1号镁。它的最大特点就是它的耐腐蚀性很好，第二个就是它的力学性能很好，就是它在室温条件下就相当于A356一样，有300MPa，延伸率至少在10%，所以这个韧性实际上比铝更高。

　　第二个就是高强度的镁合金，我们是叫交大的2号镁，那个强度可以到500MPa，意味着它的比强度，就是一个比重下面的材料的强度可以达到800兆，如果800MPa的话，就是每一个单位重量的是260MPa，如果是按照钢的比重算的话是8的话，就是要1500MPa，就相当于这样的一个重量。这些东西都是试验，在汽车上都没有用上去，大部分还是跟跨国企业在做合作，这个跟通用，跟本田，以及跟他们的一些一级供应商比如日立在做一些合作。

　　第三个叫交大3号镁，这个3号镁最大的特点就是它耐温度的性能已经完全超过了铝合金，过去开发镁的时候都是跟着铝合金跑，铝合金什么强度我镁也做什么强度？但是有这样一个3号镁出来以后它在耐热性能上面全面超过铝，可以看到，在300度可以达到300MPa，铝是过不了200度，过了200度这个铝已经软化的很厉害了。这个是跟通用汽车搞的，搞的一个6缸的缸体，所以为什么我们说发展这个关键部件，发动机部件，甚至于其他的底盘上面的一些部件，更要发展一些这样的部件。这个东西用上去以后，这个是1号镁，这个是3号镁，这个耐热，用活塞提升。一辆车大概可以减重18公斤，这个是跟美国通用的合作。然后这个是用发动机上面的缸盖，已经做了跑车试验，跑了9009多公里，现在还在做。还有包括轮毂，汽车的轮子，这个轮子是我们跟日本企业合作的，跟NK，就是跟(远清)合作，NK就是一级方程赛、二级方程赛的轮毂都是他的，但是他搞不了镁，所以跟我们一起合作，所以这个轮毂，这个是去年11月份在他们现场做的一些试验，第一次很快，我们大概做了半个小时，60个轮毂就出来了，主要是先铸后悬，用这个办法来生产。

　　第三个介绍一下碳纤维回收技术，碳纤维回收技术，我们在三年前非常偶然的一个技术碰撞搞出来的，我认为是做的非常好，因为如果汽车上面要做碳纤维的增强技术的话，你回收不解决，这个汽车上面用不了。现在碳纤维增强的复合材料基本上都是航空用的多，飞机是无所谓了，，这个回收的量不大。但是如果是要碳纤维增强的复合材料要用到汽车上面去，如果回收技术不解决的话我想这条路是走不下去的。我们是用什么样的回收技术呢？讲起来很简单，但是要实现很难，最早的一个碰撞就这样出来了，当时也是跟外国人一起吃饭，这个人已经退了多少时间了，他当时主要就是推荐他的一个技术，我认为这件事很有意思就共同来做了，做下来我们是做的非常好。它的根本原理就是利用高温的水蒸气，温度到了一定的高度它氢氧分离了，把有用的变成能源，留下的就是碳纤维。我们做的这个实验，这个是原来汽车的一个保险缸，放进去以后做实验，碳纤维就完整的回收，而且强度没有任何下样，可以重复使用。然后回收下来的机体又变成了能源，所以这样一来我们就搞了一个产业，就搞了一个中试装置，一天可以回收三吨。

　　我大概给大家介绍这些，谢谢大家。

　　注：本文根据现场速记整理，未经嘉宾审核。

本文来源：盖世汽车，绿丞编辑，感谢作者的精彩分享，转载请注明出处