新型材料在汽车设计中的应用探讨

罗富娟

摘 要：在低碳经济时代背景下，节能减排成为我国经济发展的核心内容之一。为了实现可持续发展，轻量化设计成为汽车行业发展的主要潮流。汽车轻量化设计可从结构轻量化、材料轻量化和工艺轻量化三个维度进行研究，通过材料轻量化能够降低车身、发动机和底盘三大结构部件的重量，从而实现汽车轻量化设计的目标。文章主要对金属材料、非金属材料等在汽车设计中的应用进行分析，为促进汽车行业的低碳发展提供参考。

关键词：汽车设计;新型材料;轻量化;性能

随着我国经济的快速发展，人均汽车保有量不断增加，同时对环境的污染也能源的浪费也显著增加。为了促进汽车产业的长久健康发展，需要加强对汽车的节能减排设计，通过一系列的技术手段减少汽车污染物的排放和能源的浪费。轻量化设计成为汽车产业实现低碳发展的重要途径之一，在保证汽车强度和安全性能的前提下，通过技术优化等方式降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性能，减少燃料的消耗，降低汽车尾气对环境的污染。新型材料的应用能够显著降低汽车的整备质量，进而减少能源的消耗。

1有色金属材料在汽车设计中的应用

金属材料是汽车设计制造中使用量最大的一种材料，主要用于车身骨架、覆盖板、保险杠、发动机、汽车底盘等部件中，约占整个汽车重量65～80%。在汽车制造中最常使用的金属材料有钢铁、铝合金、镁合金和钛合金，因为钢铁的力学性能较好，且有稳定的化学性能，易于加工制造，成本较低，所以钢铁是汽车生产制造中使用时间最长的材料。随着汽车轻量化设计理念的提出，各种新型材料开始应用于汽车设计中，为促进汽车制造产业的创新发展注入动力。下面对几种较为常见的新型材料在汽车设计中的应用进行分析，有利于促进汽车制造材料的创新研发。

1.1铝合金的应用

铝合金的物理性能和化学性能都较为优越，硬度高、密度低，比热容高，质量轻，所以在汽车设计中应用的较为广泛。铝合金在汽车设计中主要应用于发动机、车身、轮毂以及一些周边产品。应用铝合金可大大降低车身的重量，进而提高燃油效率，对于钢体汽车而言，相同的燃油量，铝合金汽车行驶的里程会更远，有效提升汽车的运输效率，降低运输成本。应用铝合金还会减少汽车制造工序，有效提升裝配效率。因为铝合金汽车的整体构架焊点较少，只有25～35%的部件需要点焊，且无需进行防锈处理，所以在制造工序方面会显著提升生产效率。虽然使用铝合金会降低汽车的重量，但是却不会影响车辆的安全性，车身的重心会有所减低，所以车辆在行驶时会更加稳定和舒适。由于铝合金材料的性能以及车身的构造较好，在发生碰撞时可以充分吸收撞击时的能量，所以安全性能会得到进一步的提升。铝合金材料熔点低，便于重熔回收，所以对于使用铝合金的零部件回收利用率较高，有利于实现汽车制造的节能降耗[1]。

1.2镁合金的应用

镁合金自身的性能较为优越，具有密度小，强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力大，耐有机物和碱的腐蚀性能好等优点，所以在汽车轻量化设计以及环保化需求的背景下，镁合金在汽车设计中应用越来越广泛。相对于其他较为常用的新型材料而言，镁合金的减重效果是相对较好的一种。镁合金的比强度要优于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相差不多，却远高于工程塑料，相对于铝合金而言，镁合金的减重效果要更好，所以油耗自然也会降低更多。经过压铸的镁合金支架能够将多个需要焊接的钢制结构整合为一个整体的铸件，所以可能只有同样的钢制零件重量的一半左右。镁合金应用于汽车的前端支架，可有效平衡车身的重心，能够显著提升汽车操控性。

2非金属材料在汽车设计中的应用

2.1工程塑料的应用

工程塑料在汽车设计中的应用，可以取代传统金属材料的高成本性，降低了汽车制造成本。工程塑料在汽车内饰中的应用，有效提升了造型的美观性和灵活性，这与汽车行业向轻量化、节能、美观、安全、环保方向发展达到了有效的契合。随着汽车行业以及塑料制造工艺的改进，工程塑料在汽车设计中的应用逐渐开始从内饰向结构件、功能件等方向发展，这就对工程塑料的强度、冲击性能有了更高的要求。在工程塑料成型技术方面，材料的成型流动性越好，越能够满足制品复杂结构和薄壁化的要求，可有效缩短成型周期，成型质量较高，生产成本低。

2.2碳纤维材料的应用

碳纤维又称为碳化纤维，是由碳纤维多层复合而成的新型环保材料。碳纤维的重量轻、强度高，耐高温和耐腐蚀性，所以是汽车轻量化设计的重要材料之一。由于碳纤维质轻且坚固，所以在汽车设计中应用，可有效实现轻量化设计的目的，可起到显著的节能和加速作用，汽车的制动性能也会显著提升。汽车重量的降低使得整车的重心下移，车辆操纵的稳定性也会进一步提升。因为碳纤维材料的刚性强度较大，耐磨和耐高温性能强，所以在汽车设计中应用可有效延长零部件的使用寿命。但是由于碳纤维材料大部分都是通过手工制造而成的，所以会大大增加成本，目前在赛车中应用较为广泛。随着碳纤维成本的降低，在其他车辆零部件设计中应用的范围会越来越大，对推动我国汽车轻量化设计具有重要意义。

3汽车新型材料的发展

除了上文中提及的金属材料、非金属材料之中的几种外，还有高强度钢、复合材料、泡沫材料、稀土材料等等。这些新型材料在汽车设计中的应用，共同目的都是减轻了汽车的整体重量，改善了汽车的运行性能，降低了汽车生产成本和能源消耗，减少了对环境的污染，这也是汽车设计未来发展的主要趋势。随着科学技术的不断发展，还会有更多的新型材料应用于汽车零部件以及结构设计中，在生产工艺和制造成本方面不断改善，对于促进我国汽车产生的可持续发展具有重要意义。

4结语

随着城市化和工业化进程的快速发展，对能源的消耗和对环境的污染日益增加，为了促进经济的可持续发展，低碳节能成为全球经济发展的重要战略部署。汽车行业作为工业产业的重要组成部分，需要改善在能源消耗和环境污染方面的问题。通过新型材料在汽车设计中的应用，能够直接降低汽车整备质量，进而减少能源的消耗，降低对环境的污染，同时还能够提升汽车运行性能和舒适性。新型材料在汽车设计中的应用已经成为全球汽车未来发展的主要趋势，通过技术改进和工艺优化，还能够进一步促进新型材料在汽车设计中应用的效率，为促进汽车产业的可持续发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]王胜永，赵红，张向锋，肖志玲，张德海，宋学谦，李育文，董焱章.泡沫铝用于新能源汽车吸能盒的性能分析[J].河南科技，2021，40（21）：30-33.

[2]孟令建，曹洲，王俊娇，宋鹏成.一种新型复合材料板簧的开发与应用[J].汽车实用技术，2021，46（13）：72-74+93.