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铝驱动未来：在交通工具中的应用优势

【铝道】轻量化

铝的比重（2.7g/cm3）不及钢铁（7.6g/cm3）和铜（8.5g/cm3）的一半。作为一种理想的轻质材料，铝的潜在优势变得越来越明显。当然，这仅仅是一种简单的比较。实际上，每一种汽车零部件的材料选择，也要考虑它的专用设计和性能准则。这些准则与具体的性能指标有关，比如机械强度、硬度以及重量等。

交通领域铝的应用不但可以减重和提升燃油效率，同时，也能降低温室气体的排放。选择轻型材料，材料自身特点可以达到减重目的；此外，零部件采用某些加工工艺，可以进一步减轻车体重量。举例来说，较为复杂的金属铝多孔挤压件，或者高强度薄壁真空铝压铸件等，均拓展了新设计空间。

在1994年，在奥迪公司设计A8模型的时候，在材料选择方面也面临抉择，要么选用钢制的，总重量达441千克，要么选用铝制材料替代，重量也相应降到了247千克。一旦该车型较后决定使用铝作为车身材料，那么，其他一些额外的减重措施也在考虑之中。比如，为了满足车辆设定的性能要求（加速，里程油耗），一个更为小巧的发动机或油箱应运而生。据奥迪公司称，诸如此类的非直接减重达到了45千克，为直接减重量194千克的23%。也就是说，由于铝制车身的使用，汽车整体重量实际上被有效地降低了239千克。对其他车辆减重效果的研究表明，二次减重的比例可达到直接同时还保持绝缘性减重数量的50%-100%。

安全性

卓越的设计和轻量化材料的结合可减少伤害、挽救生命。安全性是厂家设计和顾客选购汽车时的优选要素。当事故发生时，汽车必须能保护司机和乘客的安全。另外，它还必须把对卷入汽车撞击事件各方的损害均降到较小。

铝恰好能很好地满足以上这些目标，即不仅能使车重尽可能降低，而且性能达到较优。铝合金的特性使得设计具有高强度和卓越碰撞能量吸收潜势的、成本有效的轻型汽车部件成为可能。为了给事故当事人以较好的保护，汽车在设计上提供了一个坚硬且稳定的乘客舱，以吸收撞击能量的缓冲变形区域。铝单位质量的能量吸收能力是低碳钢的两倍，与新近开发的一些高强度钢品种相比也具有优势。与钢部件相比，铝部件的强度之所以高，原因在于两个方面，首先铝部件更厚（为了实现相同的功能，铝部件一般要比钢部件件厚约50%）；另外，特别使用闭合式铝制挤压材和卓越设计的高品质压铸件排除了部件间的接口，从而使铝部件的强度更高。因此，在较大减重达%的情况下，部件的强度仍然可以得到提升。

为了保证汽车安全和事故发生时参与各方的安全，铝是优先选择的材料，它满足了相关的要求，例如碰撞吸收能力、行人保护和较低的保养成本等等。这里有几个铝密集型汽车案例，它们都有非常好的碰撞安全性能。奥迪A8车型在车身框架结构方面使用了大型的铝压铸件和挤压型材；捷豹XJ车型车身则使用了大量铝板材。具有更广泛代表意义的是铝在当前混合材料设计汽车上，被广泛应用于轻量化碰撞管理系统，例如在与钢制车身混合设计中，除了枕式包装机铝制汽车前端，其他应用包括前后保险杠、碰撞吸能盒、侧翼撞击防护系统等。

多样性

在设计轻型、低成本、高效的汽车结构方面，铝的较大优势就在于它的易成形性。对于铝制的复杂仪表盘，就可以采用多种工艺加工，包括从高效率的冲压工艺一直到低成本小批量的加工工艺。同其他材料相比，铝材一个有趣的方面是，它可以加工成各种复杂形状、不同壁厚的挤压材、开口或闭合的型材等。净成型与近净成型铝部件可使用锻压或其他大规模成型技术来实现，但主要还是使用不同的铸造加工工艺。

随着铸造工艺的不同，铝铸件的尺寸、形状和性能范围差异较大。挤压材或随后得到的加工材，还有高质量的薄壁铝压铸件，不仅仅有助于增加负载能力和加固功能，同时还可以用来作连接部件。这样一来，通过这些加工材的合理应用，就可以开发出新的、具有革命性的解决方案。结果就是，通过部件之间的集成和应用功能的合成，大大地实现减重和成本压缩。

除了结构化应用外，由于铝合金具有其他的一些优点，比如卓越的热传输、导电性能，也在交通行业得以应用。较明显的例子就是散热器、内燃机零件及电机等。铝在交通运输领域获取成功的另一项关键因素在于装配这一环节。装配的任务从不同合得奖号和产品形态（冲压板、铸件、加工过的挤压件、锻件等等）的铝部件之间的连接到多材料之间的连接，包括铝与钢铁、镁、塑料和合成材料之间的连接。

经济性

铝密集型汽车由于燃油经济性的改善实现了成本经济性。汽车制造商使用铝为汽车减重，他们的焦点正逐渐转向系统成本分析和生命周期成本分析，以改善驾驶性能、降低燃油消耗与污染物排放。汽车制造业正不断地考虑如何在一个或多个汽车部件上全面实现减重，进而为其他汽车部件提供进一步减重和降低成本的机会。研究表明，成本有效性的解决方案显现于生铝密集型的轿车和卡车身上。在一定条件下，大容量车辆采用铝密集车经济上是可行的。在使用过程中，这些铝密集型的汽车可大大节约油耗，从而给消费者带来实实在在的好处。举个例子，新型捷豹XJ（JaguarXJ），由于其采用了轻型的铝合金车身结构及先进的动力系统，与同类使用钢铁结构的汽车相比，在使用期内的成本极低。另外，铝在金属回收中凭借其较高的废料价值，在资助废旧汽车处理的工作中扮演着重要角色。

回收再生

铝可以反复利用，同时节约原铝生产环节所需的95%的能源。交通领域中的铝制品是业已存在的回收系统的一部分，回收再利用的铝几乎可用在任何领域，从而节约了原铝生产的原料，降低了污染物排放，并节约了大量的能源。目前，铝在金属回收中凭借其较高的废料价值，在废旧汽车处理的工作中扮演着重要角色。铝制汽车废料在美国的消费价格（2010年4月）为1830美元/吨，而钢制汽车废料价格是400美元/吨。

而铝用量的增成为薄壁件加，由于其废料价值为正，不仅沟槽可提升汽车的价值，也可以增加汽车报废后废料的价值，同时降低需要在美国掩埋的非金属废料的数量。大量的高效率处理技术被用来回收废旧汽车中的铝。还有一些正在应用或仍处于开发中的分类技术，可进一步提高回收率和回收材料的质量。

使用各种分离技术得到的铝制废料目前主要是加工成铝铸造合金，用来生产铸件包括发动机罩、汽缸头和变速箱。目前，车身中使用的锻造铝合金越来越多，因此，变形合金废料也会不断增加。因此，在未来数十年内，从汽车中分离收集的变形合金也会变得经济可行。

时尚性

在过去200年中，由创新的运输解决方案所带来的不断增加的行动力一直是时尚的代名词。经久不衰的时尚产品，包括汽车，其精髓均在于伟大的设计和高质量的材料。过去两个世纪中，一些时尚汽车（还有一些建工业自动化仪表和控制系统筑、消费品、时装配饰），都采用铝，这不仅仅出于功能需要，也考虑了铝能带来的审美效果，以及它的经久耐用、可成形性能和后处理工艺的多样性。福特的气流拖车，伦敦的爱神，菲利浦斯塔克的1006椅子，iPod以及宝马328赛车等，都充分利用了铝的轻型、高强度和耐用性，同时，在实现功能目标的同时，通过时尚的外表和感觉体现了各自的文化特征。

铝是流线型时代的一种上乘材料，它清洁、光滑、平整、新颖，可以铸造和挤压成拥有诱人曲线的产品外观。铝通讯（AluminumN电磁吸盘ews-Letter）在一篇文章中报道了流线型火车的设计， 在挤压零件形状设计上，工程师不是设计满足传统零件形状的结构，而是根据结构的轮廓，设计出需要满足该结构的零件形状 。更重要的是，铝的轻质可带来更高的运行速度。

进入飞机时代，铝这一极具未来感的材料，以其时尚和功能兼备的性质，创造着现代运输。在继续发展高强度和减重等潜在优点的同时，铝材已经成为海陆空交通工具的外观表现材料。

耐久性

即使不经过喷漆和涂覆，铝也能抵抗外晋江界腐蚀，从而避免某些竞争材料所要求的电化学处理、涂覆和喷漆。在沙漠酷热、北极严寒，或者紫外线照射，铝不会变脆，强度也不会降低。在合理的设计和生产条件下，铝合金元件和结构件可以抵抗腐蚀。因此，铝成为交通运输行业的优选材料。铝是一种高活性金属，易于迅速在空气中氧化，形成一层透明的氧化铝薄膜保护层，阻止氧气和其他气体或液体向更深处侵入。保护层贴附在金属铝的表面，它不会脱落，从而避免暴露更多的氧化面。如果这一保护层遭到破坏，将会自动形成新的保护层，从而提供持续的保护。

在交通行业，遵循一些应用准则，可以避免铝部件腐蚀问题。例使用方便如，两种不同的金属在诸如水等的电解质中发生接触，就有可能会发生腐蚀。一种常见的腐蚀就发生在铝构件与它们的钢制紧固件之间。主要的预防方法是使用阻隔材料把铝制元件与钢制紧固件分离开来，从而避免接触。

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