再论轻量化：寻找最有“材”的汽车

目前，轻量级技术主要有两个方向。一是在所用材料不变的情况下，对汽车结构和材料加工工艺进行优化设计；

一种是寻找能够满足使用要求的更轻的材料。

在新材料的使用方面，乔治·费舍尔集团总裁兼首席执行官伊夫·塞拉提出了一种基于规模经济的新材料选择策略。判断任何材料能否成为汽车轻量化主流材料的最终标准是能否以可承受的成本大规模生产。

正是这个标准限制了一些在轻量化方面具有巨大潜力的材料的应用。然而，面对困难是汽车工程师的良好素质之一。不仅如此，这两种材料已经突破了之前的限制，朝着大规模生产的目标又迈出了一大步。

最后一种轻金属镁

这个副标题是从日经科技在线借来的。在为本文准备材料时，作者看到了日经科技在线的相关文章，有意识地想不出比这更合适的形容词了。

更高强度的钢、铝甚至碳纤维都是人们现在熟悉的轻质材料。有些人应该记住初中时背诵的元素周期表。在自然界中，镁比铝轻，而在此之前的三种金属元素锂、铍和钠，由于其强度和化学活性，在其他领域的光和热中发挥作用，也将是镁和铝合金的一种成分，但它们从来都不是主要成分。因此，用“最后一种轻金属”来描述镁更为合适。

镁的重量仅为钢的四分之一，铝的三分之二。相反，就成本而言，镁比钢多四分之三，比铝多三分之一。此外，镁是易燃的，其制造工艺不太环保，加工和成型也非常困难。

因此，镁不仅占据着天然的优势，也有着天然的劣势。这些缺点使其远未达到“以可承受的成本大规模生产”的标准，因此其受欢迎程度非常有限。

然而，需求决定一切。看到轻量化在节能减排方面的巨大潜力，以及铝合金不再能满足日益不正常的规定，汽车制造商将注意力转向了镁，并得到了政府的大力支持。

据Ward Auto介绍，美国能源部高级研究计划署已经为汽车轻量化技术提供了3200万美元的资金，主要研发方向是镁的使用。

目前，世界上使用的大部分镁都是从中国出口的。对于美国、德国和日本等汽车行业巨头来说，由于进口税的存在，镁的价格进一步上涨。镁在中国是通过燃烧煤炭来提取的，这对环境非常严重。犹他州是美国生产镁最多的州，它通过电解大盐湖中的熔盐来提取镁，这在制造过程中消耗了大量能源。

因此，如何使镁的提取过程不再给环境和能源带来负担，是汽车制造商面临的一个关键问题。在美国能源部提供的3200万美元中，有一笔特别基金用于太平洋国家实验室（PNNL）研究是否可以从海水中提取镁。根据PNNL的估计，从海水中提取镁所需的能量远低于电解熔盐所需的能源。如果研究成功，生产效率将提高50%。

美国科罗拉多大学也设计了一种新的提取方法，利用太阳能来替代部分能源供应。

日本和韩国在镁的研发方面也取得了革命性的进展。据日经科技在线报道，日本开发了KUMADAI不燃镁合金，不仅解决了镁的可燃性问题，而且在加工方法上也取得了进展。韩国政府计划在8年内投入约14亿元人民币用于相关研究，并建立了镁板的大规模生产体系。

技术趋势表明，镁与低成本大规模生产之间的距离越来越小。那么，当镁合金以低成本成功大规模生产时，它们能有什么应用？

镁合金汽车结构件

事实上，它是非常广泛的。事实上，在汽车制造商的计划中，到2020年，平均有16家……

千克的镁合金将用于车身结构，约占车身总重量的十分之一，主要用于行李箱面板或座椅框架。目前，一些车型已经开始使用镁合金，如大众的XL1、加强梁和碰撞能量吸收结构，宝马也在其部分发动机车型上使用了镁合金。特别地，在燃料电池中，镁也可以用作储存和运输氢气的材料。

镁要广泛应用于汽车结构件中，除了成本和加工问题外，还需要解决韧性低、易断裂的问题。福特和其他汽车制造商已经开始在这一领域进行研究。福特认为，如果镁能广泛应用于车身结构中，至少可以使车辆重量减轻20%。

在可预见的未来，镁在成本上可能永远不会像钢那样具有竞争力。这意味着，豪华车、跑车和高端SUV是未来最有可能看到镁应用的车型。对于这些车型来说，价格从来都不是问题。此外，由于重量轻，它们将在操控性、舒适性、动力性能和燃油效率方面得到提高，并更好地实现其名称。

植物纤维与聚合物的结合

另一种重要的轻质材料是碳纤维。经过十多年的技术研究，宝马利用可再生能源和更方便的方法加工制造碳纤维，成为第一家在量产车型中大规模使用碳纤维的汽车制造商。然而，即便如此，碳纤维仍然是土豪们的专属材料。大多数汽车制造商仍然将他们的想法放在其他复合材料上。

福特与林产品和纸制品供应商惠好和汽车零部件供应商johnson controls有一个为期三年的合作项目：以从木材中提取的植物纤维为基础，创造一种可再生材料，可以取代目前汽车零部件上的玻璃纤维。现在，这项研究已经有了结果。

在2014款林肯MKX上，这种新材料将用于制作中控台的地板材料。这种新材料被称为纤维素增强聚丙烯（以下简称CRP），是一种植物纤维和聚丙烯的复合材料。

CRF制成的面板重量轻6%，其成功开发减少了行业对不太环保的玻璃纤维的依赖。福特汽车塑料技术专家Ellen Lee博士认为，尽管CRF材料在汽车中的应用目前只是很小的一部分，但它具有大规模使用的潜力。有关详细信息，我们可以参考福特工程师对大豆基泡沫的成功研发和使用。起初，它是小规模的，但随着材料财产的提高，它最终成为室内装饰的重要材料之一。

与大豆基泡沫塑料不同，CRP材料不仅可以用于内部，还可以用于车身结构。Lee博士总结了CRP材料未来可能的应用范围：

1.在发动机罩下，可以通过吹塑成型制成电池的保护壳和支架、进气系统中的储气罐、瓦斯油过滤器和其他瓶瓶罐的支架、冷却风扇的盖子；

2.备胎固定装置安装总成、垫圈或保险杠支撑结构、轮罩；

3.车厢内密封条的载体、放电链的绝缘环和电缆的外罩；

4.车内，车门、中央扶手和中控台总成、车顶、空调出风口挡板、座椅靠背和座椅骨架、制动和油门踏板、手套箱等。

组件越大，其带来的轻量化效果就越明显。

在与惠好的合作中，福特发现基于植物纤维的复合材料可以很好地满足汽车制造商对材料在刚性、寿命、耐热性和气味等方面的迫切需求。除了减轻重量外，与玻璃纤维相比，CRP制成的组件的制造速度还可以提高20%-40%，制造过程中消耗的能源也减少了。这些在重量和制造工艺上的节省可以等同于降低制造成本。

在研发过程中，困扰福特工程师的问题之一是材料的外观。在CRP材料的外表面，可以看到一些小的凸起颗粒。尽管这些颗粒不会影响材料的财产，但这并不是林肯的客户想要看到的。因此，CRP制成的第一个成品是车身地板，然后用泡沫塑料和盖板覆盖。当然，这个问题在下一代产品中已经得到了改善。

惠好公司对CRP有一个不同的名字。他们称之为THRIVE复合材料。在惠浩看来，CRP只是合成植物纤维和聚丙烯的产物。选择聚丙烯是因为它们的溶液流动指数非常接近，并且更容易合成。然而，植物纤维与许多不同种类的聚合物非常相容。惠好的下一个计划是将聚丙烯的成分扩展到一系列碳氢化合物或非碳氢化合物聚合物。这样，这种复合材料的应用将被推广到其他行业和市场。

为了改善材料的不同财产，汇浩与福特在两种材料的合成比例上有所不同。发现这一点后，福特将在内饰部件方面具有较强专业能力的johnson controls引入了合作团队。

CRP中的植物纤维是从木浆中提取的，与i3中使用的玻璃纤维或大麻纤维、红麻纤维等天然纤维相比，具有无与伦比的优势。

植物纤维、玻璃纤维和天然纤维的优势比较

目前，福特公司使用的CRP中植物纤维的比例为20%，福特公司也在探索20%和40%比例的聚合物的其他应用。

从目前的技术发展来看，镁和CRP都没有达到伊夫·塞拉的规模经济标准，这些技术突破和进步不足以将其成本降低到可承受的范围。这些实质性进展更重要的意义是为后续研究指明了明确的方向。冰冻三尺非一日之寒，技术不可能一步到位，但只要节能环保的旗帜不落下，汽车制造商对终极性能的追求没有熄灭，总有一天会实现。目前，轻量级技术主要有两个方向。一是在所用材料不变的情况下，对汽车结构和材料加工工艺进行优化设计；

一种是寻找能够满足使用要求的更轻的材料。

在新材料的使用方面，乔治·费舍尔集团总裁兼首席执行官伊夫·塞拉提出了一种基于规模经济的新材料选择策略。判断任何材料能否成为汽车轻量化主流材料的最终标准是能否以可承受的成本大规模生产。

正是这个标准限制了一些在轻量化方面具有巨大潜力的材料的应用。然而，面对困难是汽车工程师的良好素质之一。不仅如此，这两种材料已经突破了之前的限制，朝着大规模生产的目标又迈出了一大步。

最后一种轻金属镁

这个副标题是从日经科技在线借来的。在为本文准备材料时，作者看到了日经科技在线的相关文章，有意识地想不出比这更合适的形容词了。

更高强度的钢、铝甚至碳纤维都是人们现在熟悉的轻质材料。有些人应该记住初中时背诵的元素周期表。在自然界中，镁比铝轻，而在此之前的三种金属元素锂、铍和钠，由于其强度和化学活性，在其他领域的光和热中发挥作用，也将是镁和铝合金的一种成分，但它们从来都不是主要成分。因此，用“最后一种轻金属”来描述镁更为合适。

镁的重量仅为钢的四分之一，铝的三分之二。相反，就成本而言，镁比钢多四分之三，比铝多三分之一。此外，镁是易燃的，其制造工艺不太环保，加工和成型也非常困难。

因此，镁不仅占据着天然的优势，也有着天然的劣势。这些缺点使其远未达到“以可承受的成本大规模生产”的标准，因此其受欢迎程度非常有限。

然而，需求决定一切。看到轻量化在节能减排方面的巨大潜力，以及铝合金不再能满足日益不正常的规定，汽车制造商将注意力转向了镁，并得到了政府的大力支持。

据Ward Auto介绍，美国能源部高级研究计划署已经为汽车轻量化技术提供了3200万美元的资金，主要研发方向是镁的使用。

目前，世界上使用的大部分镁都是从中国出口的。对于美国、德国和日本等汽车行业巨头来说，由于进口税的存在，镁的价格进一步上涨。镁在中国是通过燃烧煤炭来提取的，这对环境非常严重。犹他州是美国生产镁最多的州，它通过电解大盐湖中的熔盐来提取镁，这在制造过程中消耗了大量能源。

因此，如何使镁的提取过程不再给环境和能源带来负担，是汽车制造商面临的一个关键问题。在美国能源部提供的3200万美元中，有一笔特别基金用于太平洋国家实验室（PNNL）研究是否可以从海水中提取镁。根据PNNL的估计，从海水中提取镁所需的能量远低于电解熔盐所需的能源。如果研究成功，生产效率将提高50%。

美国科罗拉多大学也设计了一种新的提取方法，利用太阳能来替代部分能源供应。

日本和韩国在镁的研发方面也取得了革命性的进展。据日经科技在线报道，日本开发了KUMADAI不燃镁合金，不仅解决了镁的可燃性问题，而且在加工方法上也取得了进展。韩国政府计划在8年内投入约14亿元人民币用于相关研究，并建立了镁板的大规模生产体系。

技术趋势表明，镁与低成本大规模生产之间的距离越来越小。那么，当镁合金以低成本成功大规模生产时，它们能有什么应用？

镁合金汽车结构件

事实上，它是非常广泛的。事实上，在汽车制造商的计划中，到2020年，平均有16家……

千克的镁合金将用于车身结构，约占车身总重量的十分之一，主要用于行李箱面板或座椅框架。目前，一些车型已经开始使用镁合金，如大众的XL1、加强梁和碰撞能量吸收结构，宝马也在其部分发动机车型上使用了镁合金。特别地，在燃料电池中，镁也可以用作储存和运输氢气的材料。

镁要广泛应用于汽车结构件中，除了成本和加工问题外，还需要解决韧性低、易断裂的问题。福特和其他汽车制造商已经开始在这一领域进行研究。福特认为，如果镁能广泛应用于车身结构中，至少可以使车辆重量减轻20%。

在可预见的未来，镁在成本上可能永远不会像钢那样具有竞争力。这意味着，豪华车、跑车和高端SUV是未来最有可能看到镁应用的车型。对于这些车型来说，价格从来都不是问题。此外，由于重量轻，它们将在操控性、舒适性、动力性能和燃油效率方面得到提高，并更好地实现其名称。

植物纤维与聚合物的结合

另一种重要的轻质材料是碳纤维。经过十多年的技术研究，宝马利用可再生能源和更方便的方法加工制造碳纤维，成为第一家在量产车型中大规模使用碳纤维的汽车制造商。然而，即便如此，碳纤维仍然是土豪们的专属材料。大多数汽车制造商仍然将他们的想法放在其他复合材料上。

福特与林产品和纸制品供应商惠好和汽车零部件供应商johnson controls有一个为期三年的合作项目：以从木材中提取的植物纤维为基础，创造一种可再生材料，可以取代目前汽车零部件上的玻璃纤维。现在，这项研究已经有了结果。

在2014款林肯MKX上，这种新材料将用于制作中控台的地板材料。这种新材料被称为纤维素增强聚丙烯（以下简称CRP），是一种植物纤维和聚丙烯的复合材料。

CRF制成的面板重量轻6%，其成功开发减少了行业对不太环保的玻璃纤维的依赖。福特汽车塑料技术专家Ellen Lee博士认为，尽管CRF材料在汽车中的应用目前只是很小的一部分，但它具有大规模使用的潜力。有关详细信息，我们可以参考福特工程师对大豆基泡沫的成功研发和使用。起初，它是小规模的，但随着材料财产的提高，它最终成为室内装饰的重要材料之一。

与大豆基泡沫塑料不同，CRP材料不仅可以用于内部，还可以用于车身结构。Lee博士总结了CRP材料未来可能的应用范围：

1.在发动机罩下，可以通过吹塑成型制成电池的保护壳和支架、进气系统中的储气罐、瓦斯油过滤器和其他瓶瓶罐的支架、冷却风扇的盖子；

2.备胎固定装置安装总成、垫圈或保险杠支撑结构、轮罩；

3.车厢内密封条的载体、放电链的绝缘环和电缆的外罩；

4.车内，车门、中央扶手和中控台总成、车顶、空调出风口挡板、座椅靠背和座椅骨架、制动和油门踏板、手套箱等。

组件越大，其带来的轻量化效果就越明显。

在与惠好的合作中，福特发现基于植物纤维的复合材料可以很好地满足汽车制造商对材料在刚性、寿命、耐热性和气味等方面的迫切需求。除了减轻重量外，与玻璃纤维相比，CRP制成的组件的制造速度还可以提高20%-40%，制造过程中消耗的能源也减少了。这些在重量和制造工艺上的节省可以等同于降低制造成本。

在研发过程中，困扰福特工程师的问题之一是材料的外观。在CRP材料的外表面，可以看到一些小的凸起颗粒。尽管这些颗粒不会影响材料的财产，但这并不是林肯的客户想要看到的。因此，CRP制成的第一个成品是车身地板，然后用泡沫塑料和盖板覆盖。当然，这个问题在下一代产品中已经得到了改善。

惠好公司对CRP有一个不同的名字。他们称之为THRIVE复合材料。在惠浩看来，CRP只是合成植物纤维和聚丙烯的产物。选择聚丙烯是因为它们的溶液流动指数非常接近，并且更容易合成。然而，植物纤维与许多不同种类的聚合物非常相容。惠好的下一个计划是将聚丙烯的成分扩展到一系列碳氢化合物或非碳氢化合物聚合物。这样，这种复合材料的应用将被推广到其他行业和市场。

为了改善材料的不同财产，汇浩与福特在两种材料的合成比例上有所不同。发现这一点后，福特将在内饰部件方面具有较强专业能力的johnson controls引入了合作团队。

CRP中的植物纤维是从木浆中提取的，与i3中使用的玻璃纤维或大麻纤维、红麻纤维等天然纤维相比，具有无与伦比的优势。

植物纤维、玻璃纤维和天然纤维的优势比较

目前，福特公司使用的CRP中植物纤维的比例为20%，福特公司也在探索20%和40%比例的聚合物的其他应用。

从目前的技术发展来看，镁和CRP都没有达到伊夫·塞拉的规模经济标准，这些技术突破和进步不足以将其成本降低到可承受的范围。这些实质性进展更重要的意义是为后续研究指明了明确的方向。冰冻三尺非一日之寒，技术不可能一步到位，但只要节能环保的旗帜不落下，汽车制造商对终极性能的追求没有熄灭，总有一天会实现。

标签：福特宝马林肯发现大众

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