有色金属在汽车中的应用

      本文简述有色合金在汽车制造业中的使用及其作用，并以铝为例，详述我国铝的回收再生的意义、现状及对策。
 

       汽车产业迅速发展离不开有色金属工业多年的大力支持，我国汽车用的主要有色金属材料基本上是立足于国内供应，这也是汽车产业能持续发展的主要基础之一。有色金属是国民经济、人民日常生活及国防工业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。农业现代化、工业现代化、国防和科学技术现代化都离不开有色金属。例如飞机、导弹、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器以及原子能、电视、通讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需的构件或部件大都是由有色金属中的轻金属和烯有金属制成的；此外，没有镍、钴、钨、钼、钒、铌等有色金属也就没有合金钢的生产。有色金属在某些用途（如电力工业等）上，使用量也是相当可观的。现在世界上许多国家，尤其是工业发达国家，竞相发展有色金属工业，增加有色金属的战略储备。

       铜，铝，镁，钛，铅，锡等

    （1）铜及其合金

      汽车用铜每辆10-21公斤，随着汽车类型和大小而异，对于小轿车约占自重的6—9%。铜和铜合金主要用于散热器、制动系统管理、液压装置‘、齿轮、轴承、刹车摩擦片、配电和电力系统、垫圈以及各种接头、配件和饰件等。其中用钢量比较大的是散热器。现代的管式散热器，用黄铜带焊接成散热器管子，用薄的铜带折曲成散热片。

为了进一步提高铜散热器的性能，在材质方面，向铜中添加微量元素，以达到不损失导热性的前提下，提高其强度和软化点，从而减薄带材的厚度，节省用铜量；在制造工艺方面，采用高频或者激光焊接铜管，并用钢钎焊代替易受铅污染的软焊组装散热器芯体。新型铜散热器的重量更轻，尺寸显著缩小；再加上钢的耐蚀性好、使用寿命长，铜散热器的优势就更明显

     （2）铝及其合金

      铝合金代替钢铁降低汽车自重的工作正大量成熟地推进中 ，是汽车上应用得最快最广的轻金属，其中的关键在于铝合金本身的性能。由于它具有高强高韧、高比强高比模、耐热耐蚀等特性一直受到世界各国的普遍重视。目前车用铝合金已经得到广泛使用，铝合金发动机也屡屡出现。

铝及其合金常用在：

      1.底盘行走系统：横梁、上下壁、转向机壳、制动分泵壳、制动钳、车轮、操纵等

      2.传动系统：变速箱壳、离合器壳、连接过滤板、换挡拔叉、传动箱换挡端盖

      3.发动机系统：发动机缸体、缸盖、活塞、进气管、水泵壳、发动机壳、启动机壳、摇壁、摇壁盖、滤清器底座、发动机拖架、正时链轮盖、发动机支架、分电器座、汽化器等

       4．其它系统部件：离合器踏板、刹车踏板、方向盘、转向节、发动机框架、ABS系统部件

世界各国也在积极采用搅拌熔铸、粉末冶金、喷射共沉积等不同方法开发各种性能的非连续增强铝基复合材料。

     （3）镁及其合金

      镁是一种轻质的银白色金属，在镁材中添加一些其它的金属元素，例如铝、锌或者铝、锰等，它就会改变了自己的特征，变成了一种具有较高强度和刚度，具有良好铸造性能和减振性能的轻质合金材料，这些镁合金材料在现代汽车中已得到广泛的应用。早在20世纪30年代大众汽车就使用了镁合金，后来由于镁的价格上升才停止了使用。80年代初，由于采用新工艺，严格限制了铁、铜、镍等杂质元素的含量，使镁合金的耐蚀性得到了解决，同时成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。从90年代开始，欧美、日本、韩国的汽车商都逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。目前镁合金一般用于车上的座椅骨架、仪表盘、转向盘和转向柱、轮圈、发动机气缸盖、变速器壳、离合器壳等零件，其中转向盘和转向柱、轮圈是应用镁合金较多的零件。随着技术的发展将有更多的零件用镁合金制造。镁合金零件带给汽车的好处是显而易见的：一是它的质量轻，其密度只有17，是铝的2/3，钢的1/4，换用镁合金就能减轻整车重量，也就间接减少了燃油消耗量。二是它的比强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷。三是它具有良好的铸造性和尺寸稳定性，易加工，废品率低，从而降低生产成本。四是它具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用于壳体可以降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少振动，提高汽车的安全性和舒适性。镁合金虽然有这些优点，但从成本上看它仍然高于铝合金。尽管如此，镁合金的应用前景仍然十分看好。

      我国镁工业当前与国际水平的主要差距是：高强、高韧镁合金，耐热、耐腐蚀镁合金体系方面的研究不够，尚未形成完整的合金体系；镁合金变形加工技术研究开发落后；镁合金基础理论研究不充分；镁合金材料的应用开发起步较晚，应用市场急待开发。
 

    （4）钛及其合金

      钛材料的轻质、高强度等性能早已为汽车制造商所注目。目前的赛车几乎都使用了钛材。汽车用钛部件主要包括：阀。美国利用钛合金制作进、排气阀较普遍，利用钛合金制作汽车阀，不仅可以减轻重量，延长使用寿命，而且可靠性高，还可节省燃油。连杆：用钛合金制造连杆对减轻发动机重量最有效，能大大提高性能。还有其他部件，包括汽车上的螺栓。
 

      钛及钛合金的特点

    （1）耐蚀性强不受路面盐类及废气的影响

    （2）密度小、比强度大

    （3）可绿色回收

    （4）易加工与钢材同样的设备工艺

    （5）记忆功能用于车身方便复原

    （6）屈强比值大

    （7）高、低温力学性能好

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    （5）铅及其合金

      铅主要应用于汽车的蓄电池，铅蓄电池的优点是放电时电动势较稳定，缺点是比能量（单位重量所蓄电能）小，十分笨重，对环境腐蚀性强。铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好（尤其适于干式荷电贮存）、造价较低，因而应用广泛。
 

    （6）锡及其合金

      目前，国外常用的汽车滑动轴承材料主要为锡基合金，也是最早应用与发动机滑动轴承的材料之一。虽然该合金具有优良的抗咬粘性、顺应性、嵌入性、耐腐蚀性、线膨胀系数小及工艺性能好等优点，但由于其抗疲劳裂纹和剥落，因此只能应用于小型、轻载的汽车发动机轴瓦或者作为衬套材料使用。其中，锡基合金由于锡的价格较贵，故其生产量正在逐渐减少并由铅基合金轴承材料来代替。
 

      近几年，随着生产和消费的迅猛增长和原铝积累量的不断增加，我国再生铝资源也日益递增。废铝的回收利用有着巨大的发展潜力。因为再生铝是金属铝而不是矿物原料，所以其冶炼加工可以节省大量的能源消耗。此外，在废旧铝再生过程中排放的污染物，比原铝生产全过程排放的污染物少得多，对环境的污染程度也轻得多，大致仅相当于后者的10％。
 

      随着对资源的需求越来越大，发展循环经济、提高再生铝的利用率，已成为世界发达国家铝生产的必然趋势。日本、意大利、美、德等国，再生铝占原生铝的比例已超过50%。2007年，我国再生铝产量达到275万吨，比2006年增长了17%，但只占原生铝产量的20%左右，远远低于发达国家平均水平。
 

　  为了提高再生铝的利用率，改变我国再生铝行业的落后现状，尽快形成规模经济，建议：一、通过政府主管部门的政策引导，建立高效规范的再生铝回收利用体系。二、通过政策、资金、技术支持，实现产业升级，改变我国再生铝行业自动化程度低，设备落后，产业配套能力差，环保配置设施不健全的现状，尽快形成规模经济。三、以目前已形成的再生资源回收交易市场为依托，进行合理规划和布局，形成有效的回收、流通及利用网络体系，为我国再生金属产业的可持续发展作出更大贡献。