2021年10月，我國宏觀經(jīng)濟運行總體穩(wěn)定，但國內(nèi)外環(huán)境依然復(fù)雜嚴(yán)峻。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計分析，汽車行業(yè)努力克服電力供應(yīng)緊張、原材料價格高位運行等諸多不利因素影響，以及車規(guī)級芯片供應(yīng)形勢稍好于三季度，汽車產(chǎn)銷繼續(xù)呈現(xiàn)恢復(fù)態(tài)勢，總體形勢有好轉(zhuǎn)跡象。
國產(chǎn)新能源汽車迎來爆發(fā)式增長
中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，10月份，新能源汽車產(chǎn)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(chǎn)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(guī)模持續(xù)提升，細(xì)分領(lǐng)域眾多。我國汽車零部件市場規(guī)模從2016年3.46萬億元增長至2020年的4.57萬億元，年均復(fù)合增長率達7.2%；預(yù)計2021年市場規(guī)模將達到4.9萬億元。
新能源汽車發(fā)展趨勢——輕量化
新能源汽車采用了不同于傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng)，包括電池組、發(fā)動機、電力控制系統(tǒng)等，其動力系統(tǒng)通常占整車總質(zhì)量的30%～40%，顯著高于傳統(tǒng)燃油車動力系統(tǒng)質(zhì)量和空間占比，因此其對輕量化技術(shù)的應(yīng)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(fā)泡材料型芯的三明治結(jié)構(gòu))、材料輕量化(如纖維復(fù)合材料和鋁、鎂合金材料)、制造輕量化(如內(nèi)高壓成形和整體構(gòu)造成形)、設(shè)計輕量化（如結(jié)構(gòu)虛擬仿真模擬分析）、功能輕量化（如功能集成和優(yōu)化）綜合運用來實現(xiàn)。
汽車輕量化的意義
新能源汽車與傳統(tǒng)汽車不同，是采用新能源作為動力來驅(qū)動汽車運行，其受動力電池重量、動力電池續(xù)航里程的制約以及汽車節(jié)能減排政策的限制，在車輛設(shè)計和材料應(yīng)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(yè)的首要選擇。
研究表明，約75%的油耗與整車重量有關(guān)，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(fā)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(fā)展。
新能源汽車輕量化材料的發(fā)展現(xiàn)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(yōu)勢?；诓牧匣咎匦浴⒅圃旃に囈蠛托履茉雌囌w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(biāo)。
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(lián)盟總結(jié)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(chǎn)、回收與循環(huán)再利用等階段都比較環(huán)保，并且隨著氫能冶煉、電爐生產(chǎn)、余熱回收等綠色技術(shù)的推廣和應(yīng)用，鋼鐵材料全生命周期碳排放會繼續(xù)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(yōu)勢。
針對汽車輕量化用材，鋼鐵行業(yè)實施了高強、高韌性的發(fā)展策略，經(jīng)過二十余年的發(fā)展，成功開發(fā)了高強/超高強汽車用鋼，滿足汽車行業(yè)對輕量化、安全性和低成本的設(shè)計要求。
新能源汽車對未來輕量化鋼鐵材料的需求仍會驅(qū)動超高強汽車用鋼的品種進一步完善和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。未來需要進一步擴大應(yīng)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(yè)化生產(chǎn)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(yīng)用的技術(shù)主要包括:氫致開裂、失效模型、回彈控制技術(shù)等。
（2）鋁合金
鋁合金密度小、耐蝕性好、塑性優(yōu)良，從生產(chǎn)成本、零件質(zhì)量、材料利用、制造技術(shù)、機械性能、可持續(xù)發(fā)展等方面具有其他輕量化材料無可比擬的優(yōu)越性，因此鋁合金將成為汽車工業(yè)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(jié)構(gòu)件可用鋁合金的部位（圖片來源：輕合金加工技術(shù)）
（3）鎂合金
鎂合金是當(dāng)前新能源汽車應(yīng)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(yīng)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(xiàn)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(yīng)用的關(guān)鍵因素。
鎂合金主要有鑄造與變形兩種類型。汽車上應(yīng)用的鎂合金主要是壓鑄件，應(yīng)用于車身和底盤零件，如儀表盤骨架與橫梁、座椅骨架、轉(zhuǎn)向盤、進氣歧管以及各種支架、罩蓋等。
（4）碳纖維
碳纖維復(fù)合材料兼具碳材料和纖維的雙重優(yōu)良特性?，F(xiàn)階段限制碳纖維在新能源汽車上的應(yīng)用的主要問題是生產(chǎn)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(shù)，此外碳纖維材料報廢后產(chǎn)生的復(fù)合材料垃圾也是面臨的重要問題。
碳纖維在汽車上的應(yīng)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(dǎo)流罩和A柱等部位。
結(jié)語
未來新能源汽車將在用戶和市場驅(qū)動下走技術(shù)發(fā)展路線，多材料應(yīng)用的車身輕量化是最核心的技術(shù)問題。面向未來，研發(fā)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(fā)展的重點問題。
參考來源：每日經(jīng)濟新聞、發(fā)布易、新浪科技等。
【1】熊自柳，等.新能源汽車及其輕量化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢.河北冶金.2020.
【2】李龍，等.鋁合金在新能源汽車工業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望.輕合金加工技術(shù).2017.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）