汽车新材料

新材料在汽车上的应用新材料在汽车上的应用1.汽车材料的概述2.新材料在汽车上的应用3.汽车材料的发展趋势1.汽车材料的概述★在现代工业中，材料、能源、信息被看作三大支柱，而能源和信息的发展，在某种程度上又依赖于材料的进步。对于汽车工业也是如此，材料也是汽车工业的基础。据统计，一辆汽车约有3万多个零件组成，这些零部件采用了4千余种不同的材料加工而成。从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的使用、维修和养护，无一不涉及到材料。以现代轿车用材为例，按照重量换算，钢材占汽车自重的55％～60％，铸铁占5％～12％，有色金属占6％～10％，塑料占8％～12％，橡胶占4％，玻璃占3％，其他材料(油漆、各种液体等)占6％一12％。★汽车材料是指生产汽车，以及汽车在运行过程中所用到的材料。按照用途来分，一般将其划分为汽车工程材料和汽车运行材料。★汽车工程材料是指用于制造汽车零部件的材料。汽车工程材料大致可分为金属材料和非金属材料两大类。常用的汽车工程材料，如图1所示图1汽车工程材料分类2.新材料在汽车上的应用★2.1新型金属材料★2.2陶瓷材料的应用★2.3摩擦材料★2.4汽车用复合材料2.1新型金属材料★2.1.1非晶态合金它将熔化的金属急骤冷却生成一种无结晶构造的固态金属。具有较强的抗拉强度，用来作轮胎帘线，实现轮胎的轻量化。非晶钛合金耐腐蚀、耐磨性好，用来制造悬架弹簧。★2.1.2形状记忆合金形状记忆合金在室温下非常柔软，极易变形，具有形状记忆功能。首先将其制成某一形状，并记住这一原始形状，然后施以变形呈另一形状，经加热再自行恢复到原来的形状，即所谓的形状记忆效应。典型的形状记忆合金是Ni—Ti合金。在车辆上常用的为Ti50Ni50，它可用来制造风扇自动离合器、轮胎防滑钉、雾灯罩自动开闭装置、手动变速器、电磁阀、散热器护栅活门等。如图2所示为发动机冷却风扇离合器。图2形状记忆合金制作的发动机冷却风扇离合器2.1新型金属材料★2.1.3减振合金随着对车辆品质的要求越来越严格，对降低噪声、振动的要求也越来越高。减振合金的种类有灰口铸铁、12Cr钢、Cr-A1-Mo-Fe、Cu-A1-Mn、Ti-Ni等。★2.1.4粉末金属在车辆上应用的范围包括皮带轮、水泵叶轮、制动器、变速器、同步器盘、正时齿轮、万向节、离合器片、减振器活塞、连杆、气门、导管、凸轮轴、挺杆等。德国宝马汽车公司已将粉末金属精密铸造连杆作为轿车和摩托车发动机的标准件；美国克莱斯勒汽车公司在新型的2．0L和2．4L发动机上使用了粉末金属连杆。2.2陶瓷材料的应用★陶瓷材料属于无机非金属材料，主要为金属氧化物和非金属氧化物。工业用陶瓷材料有普通陶瓷、玻璃和特种陶瓷等，具有耐高温、硬度高、脆性大等特点。★陶瓷在汽车上的最早应用是制造火花塞。现代汽车中，陶瓷用于制作各种传感器，如爆振传感器、氧传感器、温度传感器等；也可以用于替代金属材料制作发动机和热交换器零件。近年来，一些特种陶瓷被用于制作发动机部件或整机、气体涡轮部件等，可以达到提高热效率、降低能耗、减轻自重的目的。2.3摩擦材料★摩擦材料是一种以摩擦为主要功能、兼有结构性能要求的复合材料。汽车用摩擦材料主要是用于制造制动摩擦片和离合器片。这些摩擦材料主要采用石棉基摩擦材料，随着对环保和安全的要求越来越高，逐渐出现了半金属型摩擦材料、复合纤维摩擦材料、陶瓷纤维摩擦材料。★由于摩擦材料在汽车上主要用于制造制动系和传动系的零件，要求有足够高的而且稳定的摩擦系数和较好的耐磨性2.4汽车用复合材料★由两种和两种以上化学本质不同的组分人工合成的材料称为复合材料。★复合材料按所起的作用分为结构复合材料和功能复合材料；按基体材料分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料；按分散质分为纤维增强复合材料、粒子改性复合材料、聚合物一聚合物复合材料；按复合方式分为纤维复合材料、粒子复合材料、夹层复合材料。2.4汽车用复合材料★2.4.1纤维增强塑料（FRP）FRP是FiberReinforcedPlastic的缩写，基体是塑料，总称。常用的FRP是玻璃纤维和高级碳纤维、合成纤维(如Kevlar)等.在汽车上主要用于变速杆、车顶篷等内部饰件和发动机盖、发动机壳体过滤器等及其附件。★2.4.2纤维增强金属（FRM）FRM是金属基复合材料之一，近来陶瓷系粒子或片、晶须增强的金属复合材料的应用已占相当比例。2.4.2纤维增强金属（FRM）★FRM活塞：把A1203短纤维分散在Al合金中的FRM用于柴油发动机的活塞顶，其耐热、耐磨性能优良。活塞销也有用Al203+Si02长纤维增强的，可大大提高强度。★FRM连杆：在铝制的杆部嵌入直径0.025mm的不锈钢纤维。可以提高强度，刚度，比传统的连杆减轻30％的重量。也有用SiC粒子增强铝合金制造连杆的。★气缸体：日本在Preludu四缸发动机的铝硅合金气缸体内壁用陶瓷纤维增强铝合金取代了铸铁缸套。3.汽车材料的发展趋势★对于汽车工程材料来说，其总的发展趋势是：结构材料中钢铁材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分子材料等新型材料的用量将有所上升。在性能可靠的条件下，尽可能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。随着大量新材料，如高分子材料、复合材料等的迅速发展，为现代汽车的发展提供了必要的条件。复合材料、陶瓷材料、特殊用途材料(耐蚀、耐高温、隔光、隔热材料等)的用量呈增长趋势。★近年来刚刚发展起来的纳米材料，对传统材料带来一定的冲击。与常规材料相比，纳米材料体现出许多新奇特性，其光、热、电磁等物理性质与常规材料不同。另外，由于纳米材料的化学性质也与常规材料截然不同，可开发出许多在传统工艺中难以生产的材料。在汽车纳米材料和技术的开发中，迄今为止所取得的有实用价值的成果是生产了微电子零部件，这些部件最常应用于汽车安全气囊的传感器。由我国最近研发的纳米汽油是纳米技术在汽车上的又一个具体应用。纳米汽油具有节约燃油、降低污染、改善车辆性能等特点。据测，在汽油中加入微乳化剂制成的纳米汽油，油耗可以降低10％。20％，动力性能提高25％，尾气排放污染物可降低50％～80％。谢谢