圖1. 歐洲汽車平均用鋁量變化

圖2. 歐洲汽車用鋁（140kg）分布比例（2012年數據）

目前，汽車輕量化趨勢越來越猛烈，鋁合金在輪轂、發動機、散熱器、 油管等方面的應用非常廣泛。車身質量占汽車總質量的40%左右，對于整車的輕量化而言，車身的輕量化起著舉足輕重的作用。據2016年歐洲車身會議（EuroCarBody 2016）資料顯示，鋁合金應用率已經達部分高端車型白車身（即完成焊接但未涂裝的車身）質量的一半以上。如阿斯頓·馬丁（Aston Martin）DB11鋁合金應用率高達86.1%， 第2代本田NSX（Acura NSX）達79.0%， 第5代路虎發現（Land Rover Discovery）達62.9%。然而，鋁合金在普通車型車身上的應用還偏少。著名咨詢公司達科國際（Ducker Worldwide）的數據顯示，鋁合金板在汽車車身的滲透率 2015 年時僅為 4%。時至今日，全鋁車身制造依然是一項處于金字塔尖的技術，只在部分高端車型上得以應用。車身輕量化是目前汽車制造商輕量化發展方面的重要攻關課題。

圖3. Aston Martin DB11鋁合金應用分布

目前汽車用鋁合金基本可分為壓鑄鋁合金和變形鋁合金，其中以壓鑄鋁合金為主,約占66%左右。變形鋁合金又可以分為軋制板材（18%），擠壓型材（11%）及少量鍛壓件（5%）。值得注意的是，2016年鑄造鋁合金雖然仍是車用鋁合金的主要形式，但其份額較2012年下降了8個百分比。相反，由于車身輕量化的發展，軋制板材的份額由2012年的13%顯著增長為2016年的18%。與此同時，擠壓型材與鍛壓件的份額變化不大。

圖4. 2016年與2012年歐洲汽車用鋁種類對比

鑄造鋁合金是目前大部分汽車上用量最大的鋁合金種類，廣泛用于車輪、發動機部件、底架、減震器支架以及空間框架等結構件。在汽車工業中，鑄造鋁合金輪轂是普及最快、鋁化率較高的零部件。目前，絕大多數鋁合金車輪采用A356合金通過低壓鑄造法制造，部分高檔車輪則采用擠壓鑄造（液態模鍛）、鍛造或旋壓技術制造。發動機的缸體和缸蓋均要求材料導熱性能好，抗腐蝕能力強，這正是鋁合金的優勢所在。目前大量國內外汽車采用了鋁制缸體和缸蓋，但鑄鐵仍在部分要求高強高耐性的場合使用。近年來，新型Al-Si-Cu-Mg-Fe系合金的開發及相應鑄造技術的發展，使鋁合金鑄件達到更高性能，進一步推動了鋁合金在發動機部件（包括柴油發動機）上的應用。缸體缸蓋的鑄造方法也較為多樣，常見的有重力鑄造、低壓鑄造等。此外，鑄造鋁合金在減震器支架、電動車電池包、結構箱體等結構件得到大量應用。由于這些部件多為形狀復雜的薄壁件，故多采用Al-Si合金由高壓鑄造方法制造。

相較于鑄造鋁合金，變形鋁合金在汽車上的平均應用份額還較少。達科國際（Ducker Worldwide）的調查表明，2016年變形鋁合金僅占車用鋁合金的34%（軋制板材18%，擠壓型材11%，鍛壓件5%）。然而在部分采用全鋁車身的高端車型上，變形鋁合金的份額遠遠高于鑄造鋁合金。目前業內對包括全鋁車身技術在內的變形鋁合金的研發與應用技術投入較大，其所占比例迅速增大。達科國際（Ducker Worldwide）預測，由于鋁合金車身技術的快速發展，變形鋁合金（特別是軋制板材）在汽車上的應用將迎來迅速增長（如圖1所示）。

圖5. 擠壓型材制造的“日”字型吸能盒（左側為碰撞前，右側為碰撞吸能后）

鋁合金在汽車輕量化浪潮中發揮了重要作用，然而也面臨著重要挑戰。實際上，輕量化并不僅僅是要求減重，而是要做到車輛的性能、安全、成本和重量四者之間的平衡。目前，車用鋁合金面臨的核心阻力仍然是高昂的成本，這使得全鋁車身的應用只能局限于高端車型而暫時無法向數量龐大的經濟車型拓展。鋁合金的性能限制，也是制約其發展的重要因素。在某些部件上，它仍然無法取代鋼鐵。同時，鋁合金的連接技術，尤其是鑄鐵-鋁、鋼-鋁、鎂-鋁等多材料連接技術也是鋁合金在汽車上應用受阻的一大因素。奧迪全新A8 D5就“拋棄”了堅持了二十余年的全鋁車身，而采用了重量可觀的高強鋼。受此影響，D5車型比上一代車型增重51KG，但車身抗扭剛性大幅提升24%，安全性大幅增強，同時也大幅降低了成本。

歐盟曾在第六框架計劃下于2004-2009年組織9個國家和地區的38家單位合作實施了超輕車身聯合研發項目（SuperLight-Car）。該項目經驗表明，車用鋁合金的進一步發展，應同時致力于新型高性能合金和新型生產技術的研發。研發工作還需要整合資源，由汽車制造商牽頭，聯合原材料、零部件供應商及相關科研機構，共同探索先進的輕量化技術，推動車身輕量化相關產業鏈的建立。

1.Hirsch, J. (2014). Recent development in aluminium for automotive applications. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 24(7), 1995-2002.

2.Hirsch, J. (2011). Aluminium in innovative light-weight car design. Materials Transactions, 52(5), 818-824.

3.Lahaye, C., Hirsch, J., Bassan, D., Criqui, B., Sahr, C., Goede, M., & Volkswagen, A. G. (2008). Contribution of aluminium to the multi-material light-weight BIW design of superlight-car [C]. In HIRSCH J, SKROTZKI B, GOTTSTEIN G. Proceedings of the 11th International Conference on Aluminium Alloys. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (pp. 2363-2373).

4.Aluminum Content in Cars. Ducker Worldwide, https://www.ducker.com/

5.Aluminium in cars, unlocking the light-weighting potential. European Aluminium Association,https://www.european-aluminium.eu/

6.Goede, M., Stehlin, M., Rafflenbeul, L., Kopp, G., & Beeh, E. (2009). Super Light Car–lightweight construction thanks to a multi-material design and function integration, European Transport Research Review, 1: 5-10.

7.2016歐洲車身會議(EuroCarBody）資料。