铝基复合材料在汽车领域中的应用

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轻量化、高性能、安全环保已成为当今汽车发展的主流方向，因此轻量化新材料的开发和应用越来越受到全世界的关注。铝基复合材料由于具有高比强度、高比模量、高热导率、低热膨胀系数、良好的耐…

轻量化、高性能、安全环保已成为当今汽车发展的主流方向，因此轻量化新材料的开发和应用越来越受到全世界的关注。铝基复合材料由于具有高比强度、高比模量、高热导率、低热膨胀系数、良好的耐磨和耐疲劳性、低密度、良好的尺寸稳定性等优良的力学性能和物理性能，而受到了各国汽车制造企业的青睐，已成功应用于汽车工业领域的许多方面，并取得了快速的发展和良好的经济效益。

一、发动机活塞

日本本田汽车公司成功应用铝基复合材料制造了发动机活塞环槽、先把增强体硅酸铝纤维或氧化铝纤维制成环状物置于铸模内，然后浇铸铝合金制成锭，再挤压成活塞环槽，其性能和寿命均优于传统的铸铁镶块环槽。该公司后来又推出氧化铝纤维增强活塞顶的铝活塞。英国AE公司先推出了陶瓷纤维增强铝基活塞，随后又将整体采用碳化硅颗粒增强铝基复合材料锻件的发动机活塞成功地应用于法拉利一级方程式赛车上，效果非常好。我国东南大学研制了陶瓷纤维增强铝基复合材料活塞，并将其应用于汽车发动机、大马力柴油机上，使活塞寿命提高了3~5倍，发动机功率也明显提高，汽车油耗和尾气排放大大减少；与普通铝合金材料相比，这种陶瓷纤维增强铝基复合材料的高温抗拉强度提高了20~40%，线膨胀系数降低了20%.

二、制动盘

由于铝基复合材料的耐磨性、导热性好，最高工作温度可达450°C，美国FORD公司已研制出SiC/Al复合材料制动盘，并将其批量用于高级轿车；Ktus公司也将铝基复合材料应用于一种低容量运动轿车的前、后轮制动盘。德国、日本等研制的铝基复合材料制动盘，也已在火车、地铁、城郊列车等线路上得到应用。

三、气缸套

传统的气缸套材料主要是灰铸铁，但目前所用的各种铸铁气缸套材料，其强度一般仅为210~260MPa。德国某公司在内燃发动机铝合金气缸套内壁上涂覆过共晶Al-Si合金，其涂层通过热喷涂获得、由固态Al、Si沉积物、金属间相和氧化物构成，可提高材料的耐磨性。德国还采用激光熔覆工艺在铝合金气缸筒内表面堆积一层厚度约0.8mm的高硅层，应用于高档汽车的发动机。美国某公司采用激光在Al基气缸套内表面熔覆Si和Mo的混合粉末，原位生成纳米级MoSi2，形成第二相增强颗粒层，提高了材料表面的硬度及延展性。

四、连杆

近年来，日本丰田技术研究所研制了不锈钢纤维强化铝合金连杆、碳化硅晶须和颗粒强化铝合金连杆和氧化铝纤维强化铝合金连杆，并在其新式轻型特种车辆的高性能试验发动机上装上了多晶氧化铝纤维强化铸铝连杆，这种连杆比钢质连杆约减重30%，抗拉强度和疲劳强度高，线膨胀系数小，可完全满足连杆工作性能的要求。

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