汽车材料是汽车设计、品质、质量及竞争力的基础，汽车技术的发展在很大程度上取决于汽车材料的发展。自上世纪90年代以来到今后相当长的一段时期内，汽车用材料将紧紧地围绕着环保、节能、安全、舒适性和低成本这5个主题展开，因而汽车材料的发展也更加多样化、多元化。其中轻量化的要求更为突出，使汽车材料构成有了明显变化。要研制满足上述5个主题的汽车，就必须使用更轻便的材料，这已经成为汽车界的一种共识。这几年，铝合金、高强度钢、合成塑料、复合材料和陶瓷在汽车中的应用越来越广泛。正是由于汽车材料在整个汽车产业中的重要地位，各国政府与企业界都非常重视。本文就美国能源部的一项长期计划，来阐述汽车材料的重要性与发展趋势，期望能为国内发展我国汽车材料产业的有识之士提供某种启示。

早在1992年，美国能源部运输材料局就制定了名为"轻型材料(LWM)跨年度研究计划"的一项汽车材料全面研制计划，旨在降低汽车的重量。该计划于1997年被新机构--先进汽车技术局(OAAT)所继承，并包括在一项范围更广泛的研发计划--"环保型节能汽车"中，该计划又称为"先进汽车计划"由美国能源部运输技术局(OTT)主持，瞄准的是开发下一个十五年将要面世的新型节能汽车。轻型材料(LWM)计划就是为了开发汽车用轻型材料，以及用轻型材料制造汽车零部件的相关工艺技术。这样的技术有望降低车身重量，提高燃油效率，并减少排放。该计划由能源部与美国汽车材料联合会(USAMP)共同管理，其中有关复合材料计划部分则由能源部与汽车复合材料协会(ACC)合作进行。

先进汽车计划包括8个领域共15项子计划，8个领域如下:

1、车辆系统(技术需求与确定，推进技术与辅助子系统技术)

2、先进发动机(压缩点火式和火花点火式直接喷射发动机技术，探索性技术研究)

3、燃料电池(排气管系统，燃料处理器，燃料储存器，集成动力系统)

4、高功率储能技术(电池，超容量电容器，飞轮)

5、功率电子器件和电机(变换器、控制器、电动机)

6、运输材料(推进系统材料，汽车轻型材料)

7、燃料(高级石油基燃料，燃料电池用燃料)

8、电动车用电池(铅基、镍基、锂基系统，探索性技术研究)

整个计划的目标如下表:

这个阶段性目标主要依靠有关的材料子计划来实现。在上述8个领域中，有一个领域"运输材料"专门研究汽车材料，包括汽车轻型材料子计划和汽车推进系统材料子计划两部分。另外在其他几个领域中也涉及到有关材料与工艺课题，包括:摩擦与磨损、高温材料等，本文只重点介绍轻型材料与推进系统材料两个子计划。

一、汽车轻型材料子计划

汽车轻型材料计划(AutomotiveLightweightMaterialsProgram)在2000年的预算为3300万美元。主要目标是开发先进材料，这些材料应能够在保证安全、性能、寿命和成本的前提下减少车体和底盘的重量。到2004年使用先进材料的车身与底盘将减少50%。汽车的总体重量减少40%(参见表1)。为此将开展5方面的研究工作:降低成本、提高可制造性、设计数据与检测方法、连接方式、可回收性与维修性。

使用轻型材料的最大障碍是成本，因此材料开发工作的首要任务是降低材料的研发成本、成型技术和制造过程的成本。重点材料的开发方向是:铝合金、锰合金、钛合金、高强度钢、复合材料(如金属基复合材料、玻璃钢和碳纤维复合材料)和热塑性材料等。拟攻克的关键技术有:

1、低成本碳纤维复合材料:碳纤维复合材料是制造汽车结构件最轻的材料，使用碳纤维复合材料可将汽车底盘与车身的重量减少60%以上。但这种材料成本太高，为此正在开展4项研究课题，开发新的处理方法，使其成本减少50%。其中有二项研究课题是研究非热成型碳纤维处理工艺。

2、低成本铝合金板:轻型铝合金板广泛用于汽车的车身和底盘部件。因此有必要研究新的低成本铝合金板加工工艺方法。目前已在连续铸造和热轧铝合金板方面取得进展。

3、铸造轻合金:开发新的铝铸件铸造工艺，并研究铸件缺陷的评估方法和减少缺陷的工艺技术。目前已建立起铸铝性能数据库，并提供工业部门在进行部件设计时使用。另外还完成了一个铸件在凝固过程与微观结构方面的仿真模型软件，并已实现商品化。

4、复合材料混合工艺:采用独特的模块化复合材料混合工艺可以大大减少昂贵的金属基复合材料(MMC)重熔过程，该工艺可以极大缩短生产金属基复合材料的时间并降低成本。利用这种工艺，普通的铸造厂就可以在工厂的地面上对这种轻型复合材料进行混合和浇铸。

5、低成本镁合金:一种经过检验的新工艺，通过使用固态氧化物--氧离子传导膜基电化学工艺可以直接还原氧化镁。这种工艺有望降低初级镁合金的成本，达到铝合金的水平，而且比目前的电解法更环保。

二、汽车推进系统材料子计划

汽车推进系统材料子计划的研究目标是改进推进系统部件和分系统组件的材料，主要分系统有:动力电子装置、燃料电池、辐射控制系统。汽车推进系统材料子计划将研究先进材料，如金属、陶瓷、复合材料和新材料(如智能材料)。新材料将提高发动机的效率，降低尾气排放，减轻车体重量与体积，并降低成本，同时又提高了汽车的安全性和可回收性。该计划主要研究的关键技术有:

1、动力系统的电子器件材料:动力系统电子器件所面临的主要问题是耐高温。因此需要研制新型散热材料和热管理系统，以防止半导体线路受到高温的影响。先进电子材料方面的研究导致"先进集成动力模块(AIPM)计划"的实施，并对汽车电子装置提出新的要求，如控制燃料电池或其它混合式发电设备提供的电力。该领域内的新型材料研究方面主要是高热导率碳素泡沫材料，可用于热交换与热吸收。

2、燃料电池:燃料电池的材料研究将有助于降低燃料电池的成本和体积，提高性能，延长其使用寿命。燃料电池的成功与否主要取决于在材料方面的突破。如燃料电池用的质子交换膜中的双极板要求能够抗腐蚀、导电并且要有足够的强度。计划的目标就是开发能够满足这些要求的低成本材料。迄今在双极板方面已取得两项成果，当前的主要研究工作集中在开发高温质子交换膜上。2002财年该项目的研究经费为4190万美元，2003财年的预算为5000万美元。

3、燃烧与排放控制:目前的通用发动机技术很难平衡发动机的效率与尾气之间的矛盾。本计划的目标就是要提高发动机的效率，同时又要通过先进材料过滤装置减少尾气中的排放。目前已研制出的一种新型材料过滤器可将尾气中的90%的碳粒子捕获。

三、结束语

随着汽车工业的发展和进步，给汽车材料产业带来一个巨大的发展机遇，制造汽车可以选择的材料已越来越多，从塑料ABS到聚氨酯，从铝合金、镁合金到钛合金，从玻璃钢到碳纤维复合材料、金属基复合材料，而且随着材料技术研究的深入，可选择的范围还在不断扩展。

入世后的十至二十年内，将是我国汽车业的大发展时期，也是我国汽车材料业面临的巨大机遇。通过上述对美国政府做法的介绍，可以看出先进国家对汽车材料的研发是从战略高度加以重视的，也顺应了未来汽车的发展潮流，很值得我国有关政府部门以及汽车材料业学习。