摘 要：在科技日新月异发展的今天，汽车行业的发展也是十分迅速。为了可以满足人们对汽车更高的消费和舒适需求，且不能破坏人们赖以生存的环境，又要保证节能、环保、低污染和安全系数高，新材料、新技术的研究就显得非常的必要。本文主要阐述了新材料对现代汽车发展的重要意义，又简单介绍了铝、镁合金、高强度钢、陶瓷材料和碳纤维的应用情况。最后又详细的分析了用碳纤维制作的轮毂在汽车上的应用情况。
关键词：新材料；节能；碳纤维；轮毂
1前言
随着社会的发展，汽车已经成为人们必不可少的重要工具。而我国的汽车发展水平还远不能满足人们的需求，为了使汽车更加的人性化，满足人们的需求，就要将其不断地进行改进。所以，节能减排，铝、塑等代钢技术、材料再生利用率、新型复合材料和新技术的开发利用也是我国汽车工业未来的发展方向。世界汽车工业发展趋势表明：安全、节能、环保型的汽车已成为21世纪汽车发展的主流。[1]
当今世界上，社会经济和科技在不断的快速发展的同时能源消耗太大造成能源不断的枯竭与环境污染严重等问题日益明显。能源危机和环境恶化一直是限制人类发展的一大难题。不管是汽油机、柴油机还是纯电动的新能源汽车，节能减排和汽车用材料的轻量化都是人们关注的一个焦点。新型材料去代替以前的重金属材料，让纯电动汽车去代替以前的汽油、柴油机汽车来解决当今社会的能源短缺问题。为了解决能源短缺问题，新型材料的探索发现显得至关重要。
2 金属材料
2.1铝、镁合金
镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。镁合金密度小（1.8g/cm3左右）但强度高、刚性好，在汽车用材料中镁的密度最小，是钢的1/5，锌的1/4，铝的2/3。镁合金的优点是韧性好、减震性强、热容量低、凝固速度快、压铸性能好、承受冲击载荷能力比铝合金大，还具有优良的切削加工性且资源丰富。[2]其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收。主要应用在地盘（刹车支架、刹车总成等）、内、外部设施（座椅基座、天窗盖总成等）、动力传动系统（交流发电机支架等）。
铝合金材料制造的车身中大的覆盖件板件，用来减少车辆自重，像发动机罩、车顶、车门板。铝合金的性能超过传统的钢铁车身，它有许多优点不仅仅是在减轻车身重量方面，重要的是减小燃油消耗，改善车辆的操纵性，并且可以回收再利用。铝有很好的刚性，且物理、化学性能优良，一定厚度的板材应用在车身上，可以制造整车和部分板件。
2.2高强度钢
高强度钢（HSS）是普通碳素钢的基础上加入少量合金元素制成的。汽车用钢按照其强度可以分为软钢、高强度钢、超高强度钢。其中，屈服强度在210～550MPa间的钢称为高强度钢。[3]高强度钢的使用量直接可以决定汽车车身的重量，也可以提高汽车车身的安全性，是用来决定碰撞安全性的重要材料。汽车用高强度钢也有很多优点，加工的硬化率比一般的钢材高，韧性好，可以减轻零件的重量，且车身在经过油漆烘烤后，车身的表面硬度还会得到明显的提升。
3 非金属材料
3.1陶瓷材料
陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。汽车用陶瓷大致可分为功能材料和结构材料。功能材料是利用其绝缘性、介电性、压电性、半导体、磁性等特异功能，主要用于陶瓷传感器，以不断满足汽车电子化的急剧发展。利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷材料，功能陶瓷种类繁多，用途各异。陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料。陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。此外，陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。总之，新型陶瓷材料几乎遍及现代科技的每一个领域，应用前景十分广阔。
3.2碳纤维
碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。这种微晶石墨材料是经碳化及石墨化处理得到的，片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌可以形成。碳纤维的强度不仅比钢铁强度高，而且质量就比金属铝轻了一些，还有耐酸碱腐蚀的特点。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多，而且在各种酸、碱溶剂中形状不起任何变化，耐腐蚀性突出。在2018年2月，中国已经完全自主研发出第一条百吨级T1000碳纤维生产线。
目前，碳纤维已经广泛应用在汽车的各种零部件中。在汽车用材料中，碳纤维的特点是重量相对于其他的车用金属材料轻，质量也小了很多，最重要的就是硬度比钢铁、镁、铝合金高出了很多倍。碳纤维虽然轻，但有较好的安全性，虽然碳纤维的看起来像塑料，但实际上这种材料抗冲击性比钢铁强，特别是用碳纤维做成的方向盘，机械强度和抗冲性更高。碳纤维复合材料在汽车轻量化上的应用潜力巨大，拥有其他材料不可比拟的密度、比强度、比模量等全方位力学性能，成本、制造工艺及技术等主要瓶颈不断实现突破下，未来碳纤维复合材料将在汽车产业迎来飞速发展。
汽车轮毂主要由轮辋、偏距、轮缘、胎圈座、轮辐、气门孔和槽底组成。[3]
使用碳纤维轮毂的优势如下：
更轻：碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维轮毂采用两片式设计，轮辋为碳纤维材质打造，轮辐为锻造轻量化合金，搭配锻造铆钉，较一般同尺寸的轮毂重量低40%左右。
更高强度：碳纤维的密度是铝合金的1/2，强度却是铝合金的8倍，被誉为黑色黄金的材料之王。采用碳纤维制造的车，重量仅相当于普通钢材汽车的20%到30%，硬度却在10倍以上。
更节能：据有关专家研究，使用碳纤维轮毂减轻1kg的簧下质量的效能可以等同于减轻10kg的簧上质量。而车重每减10%，便可降低6%到8%的油耗，降低5%到6%的排放，在同样用油情况下，一辆车每小时可以多开50公里，有助于提升车的加速与制动性能。
更耐用的：碳纤维复合材料的构成元素稳定，抗酸性、抗腐蚀性超过金属。也意味着设计者無需考虑产品使用期间有腐蚀造成的性能下降，这也给汽车重量的减轻和性能的提高提供了更多可能。
更好操控：碳纤维轮毂有很好的减震效果，具有操控性更强，舒适度更高等特点。汽车更换轻量化的碳纤维轮毂之后，由于簧下质量减轻了，车的悬挂响应速度有明显提升，加速更快更轻松了。
4 结语
在科技日新月异发展的今天，汽车行业的发展也是十分迅速。为了可以满足人们对汽车更高的消费和舒适需求，且不能破坏人们赖以生存的环境，又要保证节能、环保、低污染和安全系数高，新材料、新技术的研究就显得非常的必要。新材料的发展还可以有效减轻汽车的整备质量，从而降低油耗，减少汽车尾气的排放。基于上述的优良性能，新材料正在全球各大汽车主机厂中得到广泛研究和应用，未来汽车材料也将向着新工艺、新结构、环保、多种新材料综合应用方向发展。
[参考文献]
[1]吴宏博，孙立娜.汽车用聚合物基复合材料的新进展.[J]纤维复合材料，2012.01
[2]刘金伟等.汽车轮毂的工艺研究及模具计算.[J]科学与财富，2005.10
[3]雷绍阔，钟国留.浅论复合材料在汽车中的应用.[J]上海塑料，2017.02
（作者单位：黄河交通学院，河南 焦作 454950）
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