中國粉體網訊 2021年10月，我國宏觀經濟運行總體穩定，但國內外環境依然復雜嚴峻。據中國汽車工業協會統計分析，汽車行業努力克服電力供應緊張、原材料價格高位運行等諸多不利因素影響，以及車規級芯片供應形勢稍好于三季度，汽車產銷繼續呈現恢復態勢，總體形勢有好轉跡象。
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國產新能源汽車迎來爆發式增長
中國汽車工業協會發布數據顯示，10月份，新能源汽車產銷分別達到39.7萬輛和38.3萬輛，同比均增長1.3倍。1-10月，新能源汽車產銷分別達到256.6萬輛和254.2萬輛，同比均增長1.8倍。同時，汽車零部件市場規模持續提升，細分領域眾多。我國汽車零部件市場規模從2016年3.46萬億元增長至2020年的4.57萬億元，年均復合增長率達7.2%；預計2021年市場規模將達到4.9萬億元。
（數據來源：中國汽車工業協會）
新能源汽車發展趨勢——輕量化
新能源汽車采用了不同于傳統汽車的動力系統，包括電池組、發動機、電力控制系統等，其動力系統通常占整車總質量的30%～40%，顯著高于傳統燃油車動力系統質量和空間占比，因此其對輕量化技術的應用更為迫切。
目前汽車輕量化主要可通過采用形狀輕量化(如采用發泡材料型芯的三明治結構)、材料輕量化(如纖維復合材料和鋁、鎂合金材料)、制造輕量化(如內高壓成形和整體構造成形)、設計輕量化（如結構虛擬仿真模擬分析）、功能輕量化（如功能集成和優化）綜合運用來實現。
汽車輕量化的意義
新能源汽車與傳統汽車不同，是采用新能源作為動力來驅動汽車運行，其受動力電池重量、動力電池續航里程的制約以及汽車節能減排政策的限制，在車輛設計和材料應用上，其車體輕量化成為車企首先要考慮的問題，在一些部件采用鋁材成為新能源汽車制造企業的首要選擇。
研究表明，約75%的油耗與整車重量有關，降低汽車重量就可有效降低油耗及排放。下表列出了汽車輕量化后對降低燃油及排放的作用。從下表可以看出，汽車重量每下降10%，油耗下降8%，排放降低4%。
汽車輕量化對降低燃油及排放的作用
輕量化材料對汽車的發展起著重要的作用，同時也使新能源汽車朝更高性能的方向發展。
新能源汽車輕量化材料的發展現狀
在未來汽車輕量化材料的解決方案中，更傾向于多種材料的組合，以充分利用各種材料的優勢。基于材料基本特性、制造工藝要求和新能源汽車整體性能要求，將合適的材料用于車身上合適的部位，是新能源汽車選材的首要目標。
目前，新能源汽車輕量化材料主要包括超高強鋼、鋁合金、鎂合金、纖維和塑料等，使用最廣泛的是鋼材和鋁材。世界汽車鋼聯盟總結了汽車輕量化用材的4種策略：以鋼為主；鋼鋁混合；以鋁為主；以碳纖維為主。
（1）高強/超高強汽車用鋼
相對于鋁、鎂和碳纖維等材料而言，鋼材在原材料、生產、回收與循環再利用等階段都比較環保，并且隨著氫能冶煉、電爐生產、余熱回收等綠色技術的推廣和應用，鋼鐵材料全生命周期碳排放會繼續降低。另外，材料成本也是選材的重要考慮因素之一，相對于鋁、鎂以及碳纖維來說，目前鋼的成本仍然具備很強優勢。
針對汽車輕量化用材，鋼鐵行業實施了高強、高韌性的發展策略，經過二十余年的發展，成功開發了高強/超高強汽車用鋼，滿足汽車行業對輕量化、安全性和低成本的設計要求。
新能源汽車對未來輕量化鋼鐵材料的需求仍會驅動超高強汽車用鋼的品種進一步完善和應用技術的發展。未來需要進一步擴大應用比例的超高強鋼品種主要包括:1180MPa雙相鋼、馬氏體鋼、2000MPa熱成形鋼、Q＆P鋼等。需要從實驗室走向工業化生產的超高強鋼汽車板品種主要包括:高鋁高彈性模量低密度鋼、納米高強度鋼等。限制超高強鋼應用的技術主要包括:氫致開裂、失效模型、回彈控制技術等。
（2）鋁合金
鋁合金密度小、耐蝕性好、塑性優良，從生產成本、零件質量、材料利用、制造技術、機械性能、可持續發展等方面具有其他輕量化材料無可比擬的優越性，因此鋁合金將成為汽車工業中的首選輕量化材料。
汽車用鋁合金主要包括軋制材、擠壓材、鍛造材、鑄造鋁合金。新能源汽車用鋁合金的部件主要有車身、車輪、底盤、防撞梁、地板、動力電池和座椅。
新能源汽車結構件可用鋁合金的部位（圖片來源：輕合金加工技術）
（3）鎂合金
鎂合金是當前新能源汽車應用中密度最低的金屬材料，比強度高、比剛度高、抗沖擊性和阻尼減震性好，是輕量化效果最好的金屬材料。然而，鎂合金易燃燒、高溫蠕變性能和抗腐蝕性能差，同時鎂合金在應用時需要解決與鋁合金、鋼等異種材料的連接問題，且采用機械連接常出現疲勞失效、高溫失效和電偶失效。鎂合金強度和韌性均比鋼材差(強度206～248MPa，伸長率不足16%)，成形性能低于鋁合金。此外，原材料和加工制造成本高也是限制鎂合金應用的關鍵因素。
鎂合金主要有鑄造與變形兩種類型。汽車上應用的鎂合金主要是壓鑄件，應用于車身和底盤零件，如儀表盤骨架與橫梁、座椅骨架、轉向盤、進氣歧管以及各種支架、罩蓋等。
（4）碳纖維
碳纖維復合材料兼具碳材料和纖維的雙重優良特性。現階段限制碳纖維在新能源汽車上的應用的主要問題是生產成本高、低斷裂伸長率(低于4%)，以及與高性能鋼和鋁鎂合金等異種材料的連接技術，此外碳纖維材料報廢后產生的復合材料垃圾也是面臨的重要問題。
碳纖維在汽車上的應用部件主要包括汽車車身、制動器襯片、座椅加熱墊、燃料貯罐、傳動軸、輪轂等部件。另外還包括汽車底盤、儀表盤、引擎蓋、座椅及座椅套墊、導流罩和A柱等部位。
結語
未來新能源汽車將在用戶和市場驅動下走技術發展路線，多材料應用的車身輕量化是最核心的技術問題。面向未來，研發汽車各部位材料，將合適的材料用于車身上合適的部位，是使新能源汽車輕量化發展的重點問題。
參考來源：每日經濟新聞、發布易、新浪科技等。
【1】熊自柳，等.新能源汽車及其輕量化技術發展現狀與趨勢.河北冶金.2020.
【2】李龍，等.鋁合金在新能源汽車工業的應用現狀及展望.輕合金加工技術.2017.
（中國粉體網編輯整理/星耀）
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