“减碳”背景下新型材料在汽车设计中的应用研究
陈景华
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陈景华,. “减碳”背景下新型材料在汽车设计中的应用研究[J]. 材料科学研究,2022.9. DOI:10.12721/ccn.2022.157195.
摘要:
1769年蒸汽机汽车的生产使得人们第一次了解到“汽车”这一概念,但当时的社会生产力并不能生产出可载人汽车,直到1886年,德国工程师卡尔本茨研发出了第一辆汽车,由此才推动了汽车产业的发展。而我国经济发展缓慢,汽车产业相比较西方发达国家制造较短。但随着近些年国内生产制造技术水平的提升,汽车在设计中新型材料更新更快,能加大满足社会大众对汽车舒适性、节能性要求。尤其是在现今“减碳”下,汽车设计中更要加入新型材料,这是汽车产业未来发展的主要方向,也是降低汽车对环境污染的重要办法。
关键词: “减碳”汽车设计新型材料
DOI:10.12721/ccn.2022.157195
基金资助:

前言

现今,汽车已经成为人们出行的重要交通工具,而随着汽车数量的增加,汽车所排放的尾气已经造成空气污染,对人们身体健康带来非常大影响。尤其是在现今全球生态环境问题严峻,更要应用新型材料用到汽车设计中,既可以响应“减碳”排放,又可以提高汽车性能。而汽车很多零部件都可以采取新型材料,如汽车内饰,如汽车内饰采用新型材料,那么可以减少车内有害气体对乘客的影响;再如车身设计方面,因汽车行驶过程中要降低空气中阻力,从而能提高汽车车速。但传统汽车设计一般会在车身两侧设计空腔,使空气能从空腔中贯通,从而加快空气在汽车内的流动。但空气流动会造成车内噪音加大,所以现今汽车设计中会使用RIM注射工艺来阻断空腔,达到降噪目的。而以上所述新型材料都是以“减碳”作为前提,从而降低对环境的污染及影响。

1.“减碳”背景下汽车电器中触头材料在汽车设计中的应用现状

因汽车电器功能不同其使用的电器开关也存在一定区别,但汽车开关品质好坏对汽车稳定运行具有重要影响,如汽车电器开关在汽车行驶过程中出现故障则可能造成安全事故发生。所以,现今汽车电器中开关触头材料都使用银铜合金或者是纯银材质,这样导电性稳定,电压也不高。但是,使用这些材料体积较大,且这些材质的触头材料在使用中会因电流影响存在黏着情况。而使用一些稀有金属,如钯合金、铂等成本要高,所需要的量也多。尤其是现今全球能源短缺环境下,更要采取其他材料来代替汽车电器触头材料,使之既能减少材料对电器使用的影响,又可以降低对金属能源的需求。

现阶段,国际上一些国家已经开始使用银氧化锡用在汽车电器触头中,这种材质不但可以避免电弧影响所造成的熔焊情况,材质体积也较小,成本较低,使触头与汽车零部件之间的距离更紧密,已然在市场中广泛推广。但国内汽车电器触头材料上仍使用银氧化镉较多,但该金属材质在使用中受电器电弧影响会出现蒸汽情况,进而产生毒气,对人体及环境等都会造成不良影响,应在汽车设计中使用一些新型环保材料用以汽车电器触头中[1]

2.“减碳”背景下金属材料在汽车设计中的应用现状

汽车金属材料对汽车性能具有重要影响,因汽车主要架构就是由各种金属材料构成,如金属材料设计科学,那么汽车整体性能就较高。如汽车所用金属材料重且强度低,那么汽车安全性不但较差,安全性也难以保障。近些年,很多国家汽车品牌都对汽车用金属材料展开技术研发,希望能够使用新的材料用以提高汽车性能,以此吸引更多消费者目光。现阶段,汽车不同部位所使用的金属材料不同,如汽车前后保险杠及底盘和门柱等诶之则使用一些强度较高的钢板,这样可以保证车辆出现撞击时能提高对乘客的保护。但钢板材质较重,生产中会对环境造成污染。所以现今汽车设计中也在研发一些非金属材质,如纤维、树脂、非金属复合材料等,但仍不能满足“减碳”的要求,所以未来汽车材料则会向纳米材料及复合材料发展,以达到“减碳、功能”的和谐发展[2]

3.“双减”背景下碳纤维材料在汽车设计中的应用现状

碳纤维是由一些有机纤维堆叠而成,经过碳化处理之后得到的材料。而这种材料不但硬度要高于金属材料,且材质非常的轻,所以在一些汽车品牌设计中也会加入该材质。但因该材质成本较高,所以经常在一些赛车及高性能车中使用居多。但随着现今碳纤维制造工艺水平的提高,一些家庭汽车中也开始应用该材料,如在汽车轮毂、汽车方向盘中较为常见[3]

4.“双减”背景下纳米材料在汽车设计中的应用现状

纳米材料作为一种新型材料,已经开始尝试在不同领域中运用。如在航空航天中应用,也在环境保护中得以运用。而在汽车领域中也开始尝试使用纳米材料,但因纳米材料造价较高,所以在汽车中应用一般会作为辅助材料活着零部件应用,如汽车钢板结构衔接处、排气系统等等,不但可以提高汽车架构稳定性,还可以提升汽车性能,且纳米技术具有高强度、高韧性特点,更满足节能减排,所以未来汽车设计中也会越来越广泛的运用纳米材料[4]

5.“减碳”背景下复合材料在汽车设计中的应用现状

汽车技术的提升也使得其复合材料也在不断升级中,相比较之前所用的复合材料,在生产中具有的污染性,现今所用复合材料不但生产技术有所提升,在环保性上更高,更能耐高温及抗腐蚀。并且,考虑到汽车性能情况,现今汽车制造所用的复合材料材质较为轻巧,可以在汽车多个零部件中均可使用。如陶瓷类复合材料,作为汽缸盖,绝热性较高;作为活塞,具有较高的耐高温性;作为刹车片则硬性高、耐摩擦,所以复合材料在汽车设计中应用具有很多优点。除此之外,金属类复合材料还可以达到降噪、防撞的效果,如汽车玻璃钢,可以达到有效降噪效果;如金属复合材料用到发动机上,可以改变车速和车性能。未来还会有更多汽车复合材料应用到汽车设计中,所用材料既符合“减碳”标准,更能提高汽车整体性能。

6.“减碳”背景下铝镁合金在汽车设计中的应用现状

随着“减碳”在各个领域中的推行,汽车领域作为环境污染及能源消耗的“重灾区”更要以“减碳”作为今后汽车领域的发展方向。并且,大众现今对汽车要求有着更多元需求,如要求汽车提速越来越快,那么就要从车身线条及整车重量方面去设计,铝镁合金作为轻质量材料,也被汽车设计人员运用到了汽车设计中。并且,现今铝镁合金已经运用到了汽车零部件中,也能减轻车体部分重量,而汽车重量降低,对汽油的消耗就变少,也可以达到节能减排的目的。除此之外,铝镁合金还应用到汽车轮毂、发动机盖及车体的板件中,使车体重量有显著降低。但现阶段仍未能全面运用到汽车的车身、发动机及底盘中,应在该方面加强设计[5]

7.“减碳”背景下塑料材料在汽车领域中的应用现状

塑料材料是由分子材料高温挤压形成不同的造型,虽然塑料材料也被应用到汽车设计中,但其应用面较小,多在车面板、车座椅等部件中应用较多。主要还是因为塑料材料相比较钢板及复合材料等质地软,抗撞击能力较差。但是,塑料材料质量轻,且可塑性较高,能够根据设计需求制造成不同造型,再加上塑料成本低,所以在汽车设计中也在广泛应用。而随着塑料材料的研发,未来塑料材料在汽车设计中也会得到其他方面应用,如根据车主要求设计不同的内饰造型等,也是可以满足不同车主的不同需求。

结束语

随着科学技术的发展,今后会有更多新型材料用在汽车设计中,尤其是在“减碳”背景下,汽车设计更要向性能与环保方向所发展。但随着汽车的普遍性,还要考虑汽车新型材料成本与安全性、舒适性等方面的问题,如此才能更好的满足消费者对汽车品质的要求,为汽车用户带来更多用车体验,节能减排的同时也促进了社会和谐发展。

参考文献

[1]王莎莎.新型材料在新能源汽车中的应用[J].电子技术,2021,51(06):216-217.

[2]沈法鹏.低碳背景下汽车尾气排放的控制办法[J].汽车实用技术,2021,46(10):188-190.

[3]翁俊强.新型材料在汽车上的应用[J].时代汽车,2020(22):11-12.

[4]程瑶.新材料在模具设计及汽车制造工艺中的运用[J].湖北农机化,2020(14):66-67.

[5]杜行.新型材料和工艺在汽车轻量化中的应用[J].科技创新与应用,2019(05):148-150.

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