在家用汽车走向千家万户时，钢材抓住了机会，成为汽车材料市场霸主。在新能源汽车引领下的轻量化时代，铝合金和碳纤维复合材料抓住了机会，开始成为车用材料市场的新双雄。

 

汽车材料产业的规律是，当一种材料垄断已经形成，后来者就很难完全颠覆，只有等待下一次产业革新浪潮。如今，一个全新的、充满想象空间的汽车用材料市场机会正在开启。

 

随着汽车消费市场的加速革新，新能源、轻量化和智能化（无人驾驶等）已成为未来汽车产业无可逆转的发展方向。而随着整个汽车行业转型升级的加速，汽车用新材料也成为人们关注的热点，有研究数据表明，未来汽车材料市场规模或达数万亿元。

2017年4月，工信部、国家发改委、科技部三部委联合印发了《汽车产业中长期发展规划》（以下简称《规划》）。在《规划》中，轻量化被确认为未来汽车发展的重要方向之一，而先进车用材料则成为其中的重要内容。

 

如此关键的产业链环节必然是兵家必争之地，包括宝马、特斯拉、捷豹、奔驰等在内的汽车厂商纷纷加速车用新材料的应用革新，整个产业呈现出一片欣欣向荣的景象。

 

 

轻量化热潮

 

回顾汽车轻量化材料的发展历史，70年代的两次石油危机是个关键时间节点。

 

正是从这一时期开始，汽车巨头们纷纷登场，形形色色的轻量化材料陆续进入人们的视野。

 

数据显示,2016年全球汽车产销量分别为9497.66万辆和9385.64万辆，增速分别为4.5%和4.7%。

 

随着汽车消费的日益普及，和环保压力的逐渐加大，轻量化已经成为当今新车研发的焦点，要达到轻量化目标，除了优化结构与工艺设计之外，轻量化材料带来的效果最为显著。

 

“这两年轻量化专业很热，为了应对法律对油耗的要求，加速汽车轻量化的发展，现在汽车材料，如高强钢、铝合金、镁合金、塑料、碳纤维复合材料等相比传统车身的应用显著增多。”清华大学苏州汽车研究院工程师吴海龙表示，如何把这些不同的材料应用在汽车上面需要对材料有较深的理解，最终才能把恰当的材料应用在合适的位置。

 

 第七届沃德汽车趋势调查中的出的主要调查结果表明，在2025年CAFE（企业平均燃料经济）标准正式实施之前，汽车制造商目前采用了汽车轻量化的应对策略，以此来应对汽车燃料经济带来的挑战。

 

这次年度调查过程中调查了近750名汽车部门的员工，并发现轻型化和轻量化结构材料的使用将仍旧是受访企业最为关注的技术焦点。

 

业内人士表示，轻量化材料的总体趋势是普通钢换成热成型钢，热成型钢换成铝合金，铝合金换成碳纤维，同时还有部分部件会被替换为工程塑料。

 

目前部分定位高端的车型则会采用部分铝制车身或全铝车身，造价昂贵但能兼顾轻量化和强度的碳纤维材料也开始出现在车身上。

 

宝马7系就采用了钢、铝合金以及碳纤维复合材料三种材质来打造车身。此外，部分超跑和追求轻量化的跑车还会采用碳纤维座舱来满足对强度和轻量化的双重需求。

 

 

铝合金长线布局

 

2017年7月19日，上海新国际博览中心，中国国际铝工业展览会，与会的中铝公司、忠旺、丛林、南南、金桥多家铝加工企业展出了其在汽车用铝领域的最新产品，展出的汽车铝材从发动机缸体缸盖、仪表盘骨架、车顶行李架、天窗导轨，再到引擎盖、后备箱盖、铝合金白车身，林林总总。轻量化成为展会最亮丽的一道风景。

 

美国市场研究机构Ducker的一份报告称，目前全球仅有1%的汽车为全铝车身，预计到2025年，这一数字将达到18%。

 

与传统汽车用钢铁相比，汽车使用1公斤铝合金减重效果相当于2.25公斤的钢铁。同时，铝合金还有热导率高、耐腐蚀性好、易加工、具有良好的吸能性等优点。

 

根据中国汽车工程学会之前发布的《节能与新能源汽车技术路线图》，未来将主要分三个阶段实现汽车的逐年减重。第二阶段为2021年至2025年，实现整车比2015年减重20%，车身采用钢铝等多种混合材料，增加镁合金和碳纤维零部件的应用比例，单车用铝量达到350kg。

 

但目前，由于原材料、加工工艺以及维修困难带来的高成本，导致铝合金作为轻量化材料主要还是应用在高端车型上，比如奥迪A8、捷豹XFL、特斯拉等都推出全铝车身。

 

 

作为全铝车身的先行者，从2003年起，捷豹路虎就已经向中国大量进口全铝车身车型。2016年4月7日，我国第一家专制全铝车身车间在奇瑞捷豹路虎常熟工厂竣工投产。同年8月推出的全新捷豹XFL，也成为第一款在中国本地生产制造的全铝车身车型，其铝合金含量达到了国内最高75%的比率。

特斯拉在铝合金的应用上更是不遗余力。据了解，目前特斯拉推出的所有车型都使用了全铝车身，即使其最新的特斯拉ModelS 车型基于成本考虑采用了全铝合金车身与高强度硼钢强化结构，但其铝合金的比重也是达到了惊人的97%。

 

美铝和福特联合开发的全铝车—F150皮卡车，采用全铝车身，铝化率达到93%，减重320kg，年销量也达到了50万辆。

 

据新材料在线®了解，目前国内多家铝业龙头企业均已进入车用铝材料市场，有媒体报道称辽宁忠旺集团为奔驰、沃尔沃、奇瑞、比亚迪、宇通等知名品牌汽车厂商提供全铝车身或各种铝制汽车零部件，并可达到年产全铝商用和乘用车身2.5万辆及汽车零部件100万支的产能。

 

合肥工业大学材料学院院长张久兴告诉新材料在线®，合肥工大材料学院曾为安阳强基研发一条高水平的生产线，成功开发出全铸造铝合金车架。

 

中铝材料应用研究院有限公司副院长王京海在出席2017中国国际铝工业展览会同期举办的论坛时预计，到2020年，我国铝合金汽车板用量将达到61.6万吨，而据统计，2016年我国铝合金汽车板用量仅为7.2万吨。

 

 

碳纤维机会窗口

 

 

2017年3月，日内瓦国际车展，全球效益最好也是规模最大的汽车造型设计室Italdesign-Giugiaro向世界首发新车——全新Italdesign Zerouno碳纤维超跑，新车全球仅限量5台并于2017年进行发售，其车身外观全部采用碳纤维材质打造。

碳纤维应用于汽车材料的历史最早可以追溯到1953年，世界第 1 台纤维增强复合材料汽车——GM Corvette制造成功。

 

曾经仅仅在航空航天和军工等高端领域应用的碳纤维复合材料因其密度小、强度高、耐腐蚀、抗冲击等特质在汽车轻量化领域大放异彩。

 

数据显示，碳纤维复合材料密度小，比铝轻30%，比钢轻50%，抗拉强度却是钢的7-9倍，吸收冲击性能是金属的5倍。碳纤维替代钢铁结构可实现减重40%-60%。

 

 

宝马是应用碳纤维材料的先行汽车厂商。资料显示，宝马2014年量产上市的i3采用全碳纤维车身，i8采用碳纤维和铝合金相结合。此外，宝马还在车身、底盘、车顶、车门、A柱、B柱、C柱、引擎盖、尾翼、仪表盘、传动轴、座椅等多个外部、车身和内外饰系统中开发碳纤维复合材料部件。

2015年7月1日，全新第六代BMW 7系首次在大型车车身结构（非承载构件）使用了碳纤维复合材料（CFRP）。在新7系车身B柱、车顶纵梁/前横梁、门槛梁、中央通道及C柱使用到碳纤维复合材料，与高强度钢一起构成驾驶室结构，提高了驾驶室的结构强度与抗扭刚度同时降低车身重量。

 

特斯拉也在其多款车型中应用碳纤维内饰。大众推出的采用碳纤维复合材料车身和零部件的XL1车型总质量只有795kg，结合混动技术，百公里油耗仅0.9升。

 

“国内外汽车轻量化发展趋势比较一致，最重要的还是材料替换，比如钢板结构减薄优化、铝合金和镁合金的应用、以塑代钢及含纤维增强复合材料的替代。” 北京汽车研究总院有限公司工程师钟广亮在此前由寻材问料®主办的“第二届汽车新材料新工艺发展趋势论坛”上表示，比较看好复合材料，包括树脂类复合材料比如添加玻纤或者碳纤之类的复合材料。

 

虽然碳纤维复合材料被业界广泛看好，但其成本高昂、批量化制造工艺和装备缺乏的囧境严重制约了其在汽车领域的大规模应用。

 

“行业里所有人都看好碳纤维在汽车上的应用，但是因为受制于一些技术的限制，一个成本比较高，另外也不能满足汽车行业快速发展的要求。”江苏澳盛复合材料科技有限公司技术总监严兵告诉新材料在线®。

 

据了解，目前碳纤维复合材料仅在赛车、高端跑车及大厂的高端车型部分应用。

 

《节能与新能源汽车技术路线图》规定，2026年至2030年的第三阶段，实现整车比2015年减重35%，重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术，实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用，单车用镁合金达到45kg，碳纤维使用量占车重5%。

 

 

铝合金、碳纤维复合材料，谁会成为未来汽车材料领域巨头？一切尚未有答案，逐鹿战刚刚开始。