浅析铝合金轮毂和新型碳纤维轮毂

摘 要：按照材质来分，轮毂可以分为钢质轮毂、铝合金轮毂和碳纤维轮毂，钢质轮毂与铝合金轮毂各有特点，碳纤维轮毂是一种新兴的汽车轮毂，它的质量轻、强度高、噪声小，随着技术的进步，如果能得到更广的应用，将对汽车的轻量化和节能减排做出突出的贡献。

关键词：碳纤维轮毂；钢质轮毂；铝合金轮毂；节能减排

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.055

轮毂是轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的、中心装在轴上的金属部件，按照成型方式和材料的不同，轮毂的种类繁多。按照材质来分，轮毂可以分为钢质轮毂、铝合金轮毂和碳纤维轮毂。钢制轮毂承压能力很强（大货车和大客车全用钢圈），韧性好，轻微变形后会自动恢复，耐金属疲劳能力比较强，价格低廉。

1 铝合金轮毂的优点

与钢材料的汽车轮毂相比，铝合金轮毂的优点的密度小，比较轻，可以提高汽车的燃油利用率，有助于节能减排，推广铝合金轮毂对于节能减排、低碳生活具有重要意义。与钢质汽车轮毂相比，铝的热导率较高，在同等条件下，铝合金轮毂的散热性能要优于钢质轮毂。铝合金轮毂比钢质轮毂更加时尚美观。铝合金轮毂是应用最广泛的一种轮毂，它的优点突出，铝合金轮毂的密度小、轻量化效果好、热导率高、可靠性强、外观比较炫目，市场巨大同时技术相对成熟的一种轮毂。

铝合金材料的弹性模数不大，对于振动的抵抗能力比钢材料轮毂要好，这就导致在车辆行驶的过程中，铝合金轮毂车辆传导到座位的振动幅度就比较小，增加了汽车的乘坐性。在外观方面，铝合金材料的轮毂也比钢材料的轮毂有优势，钢材料的轮毂如果外面不包塑料壳的话，结构形状比较单一，颜色也比较单一，对消费者的吸引力不高。

2 铝合金轮毂的发展历程

1920年左右，铝合金轮毂就第一次在世界上出现了，到了1948左右，铝合金轮毂被工程人员应用到了汽车中，然后慢慢出现了通过铸造成型生产的整体式的铝合金轮毂。1970年之后，国外在汽车上越来越多的使用铝合金轮毂。我国对于铝合金轮毂的研究主要开始于上世纪八十年代，制造商开始制造铝合金轮毂，随着我国汽车市场的迅猛发展，也带动了汽车零件行业的快速起飞，我国对于汽车的生产和消费水平都在世界上位于前列，我国铝合金轮毂的生产水平也就不断的飞越式发展。

3 新型的碳纤维材料轮毂

3.1 碳纤维的性能优势

目前为止，钢质轮毂和铝合金轮毂是技术比较成熟、市场应用也比较多的两种轮毂，除了这两种比较常见的轮毂外，还有一种新型的、市场前景广阔的轮毂，即碳纤维轮毂。碳纤维是一种新型的性能优异的功能材料，近些年来，学者和工程师们对碳纤维进行了持续的研究和应用，在汽车轮毂上，也进行了研究和应用。碳纤维的结构比较特殊，与金属相比，碳纤维的密度非常小，在轻量化上有极其突出的优势。但同时，碳纤维的机械性能却同样突出，与钢铁相比，碳纤维的机械性能也不逊色，甚至还要更好，是一种性能突出、适宜于轻量化应用的新型纤维材料。

3.2 碳纤维轮毂的应用前沿

2018年2月，中国完全自主研发出第一条百吨级T1000碳纤维生产线。事实上除了轮毂才外，一些拥有相当先进的碳纤维技术的公司，透过精细的碳纤维编织手法以及做工优质的原料，希望把汽车内的小部件、全新的驱壳甚至是底盘都做成碳纤维材质的，除了常见的外观套件之外，还包括所有的内装和全车钣件。

碳纤维轮毂是一种较新的轮毂，由于成本的限制，它的应用范围还较小。目前为止，碳纤维轮毂几乎仅限于一些超级跑车，如福特GT和一些Koenigsegg车型，这是由于制造碳纤维轮毂不仅成本较高还比较耗时。保时捷曾发布过首款全碳纤维复合轮毂。每个轮毂都用树脂浸渍，并进行密封高压和高温，轮毂在高温下硬化，并在很长一段时间内冷却，然后将中心锁插入，整个轮毂被盖上光泽漆。这套20英寸的轮毂使用了大约11英里长的碳纤维，与标配的铝合金轮毂相比，其总重仅仅8.5KG，比同尺寸铝合金制品轻了百分之二十，同时强度却提高了百分之二十。这套轮毂在质量和强度上都有提升，在价格方面也同样有很大提升，全套轮毂的价格约合人民币118000元，这基本可以说明为什么碳纤维轮毂还得不到普遍应用。

Carbon Revolution公司也生产碳纤维轮毂，并计划将这些碳纤维轮毂的有限应用拓宽到超级跑车的主流生产模式。碳纤维轮毂减轻重量还将为电动车带来优化空间，可以提高电动汽车的工作效率。此外，碳纤维轮毂比金属轮毂的噪音要小，与金属相比，碳纤维的噪声阻尼高要870%，这是因为碳纤维不易发送谐振频率。而如果汽车轮毂的噪音较小的话，汽车制造商就可以在车身使用更少的隔音材料，从而进一步降低汽车的重量，提高轻量化水平。

3.3 碳纤维轮毂的优势和应用限制条件

当遇到典型的轮毂损坏时，如路边擦伤，碳纤维可以用树脂固定，类似于玻璃纤维游艇的修复方式。再者，金属轮毂的裂纹会逐渐扩展，而碳纤维材料的分层现象往往可以阻止裂纹的形成。碳纤维轮毂应用的主要问题还是成本过高，虽然随着汽车制造商原装设备的大批量生产，碳纤维轮毂的正在降低，但仍处于较高的水平。由于碳纤维轮毂的优点突出，而且仍可改进制造工艺以降低成本，在未来几年它们将可能进入汽车市场。如果碳纤维轮毂能在普通家用车上得到应用，那么汽车行业的发展必然能够上一个台阶。

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作者简介：孙超（1979-），男，河北石家庄人，硕士，研究方向：铝合金汽車零部件设计。