新能源汽车对车用铝合金产业发展的影响

新能源汽车对车用铝合金产业发展的影响摘要：本文阐述了在新能源汽车爆发式发展的背景下车用铝合金的应用与发展情况，总结了我国车用铝合金产业发展现状和当前存在的短板，结合市场分析和政策影响，预测未来铝合金在新能源汽车产业中的应用情况。关键词：铝合金；新能源汽车；电动车1新能源汽车发展背景我国已经宣布，2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和。为实现碳达峰、碳中和的目标，当务之急是调整能源结构，实现能源体系的低碳转型，降低碳排放量高的煤炭、石油、天然气等不可再生能源的消费比重，提升太阳能、风能、核能、地热能等零碳清洁能源的消费比重。汽车是能源消费大户，发展新能源汽车是实现碳达峰、碳中和的重要手段，也有利于降低我国对化石能源进口的依赖，保障能源安全。以纯电动汽车为例，它完全使用电力驱动电机获得动力，与传统的内燃机汽车相比，电动机能量转化效率具有显著优势，通常能达到85%以上。除此之外，电动汽车还可以通过将动能转化为电能来有效制动。通过这种反复制动，续航里程最多可扩展15%。新能源汽车没有尾气排放，对空气的影响则友好得多。电动汽车的普及能有效减少二氧化碳排放，降低对环境的影响。新能源汽车也存在缺点，比如续航里程受限（里程焦虑），充电没有机动车加油方便快捷，在跑长途的时候，要提前做好规划；低温环境下，电池组性能明显下降，随着电池材料、技术不断研发和充电桩的不断增建，电池性能已不断优化，里程焦虑已不断缓解。2铝合金的性能与特点在内燃机汽车中，90%的燃料用于驱动车辆自身，而只有10%用于乘客。随着车辆净重的减少，无论是燃油车还是电动车，能耗都随之降低。车重每减轻10%，平均可节省6%~8%的燃料消耗，电动汽车车重每降低100kg，就可以减少0.3~0.6Kwh/km。车辆的重量限制了范围，增加电池容量需要解决的潜在问题之一是减轻重量。使用轻质材料可以通过减轻重量来提高车辆的性能，并允许远距离行驶，这些特性对电动汽车很重要。常见的轻量化替代材料有铝合金、镁合金、碳纤维复合材料等，各材料主要性能综合对比来看，铝合金为汽车轻量化的首选材料。铝密度为2.69g/cm，比钢材低三倍，由于其低密度，在用于车辆时可以减轻重量。此外，它的回弹力是钢的三倍，具有抗碰撞能力，能量吸收能力强，耐撞性极佳。当用于车身时，可以大大减轻重量。铝合金减重率相比高强度钢材更加显著，一般铝合金零件经过一次减重，效果可达30%~40%；制动系统与悬架等主要零部件经二次减重，效果可达到50%。使用铝代替传统钢可以减轻50%的体重，使整车质量减轻了30%。除了减轻重量外，车辆制造中还需要高强度、可焊接性和可成型性。铝合金在侵蚀性工作条件下的性能远高于从传统钢获得的部件，是将腐蚀、强度和刚性等特性结合到同一产品上的最佳材料。铝合金因其耐腐蚀、耐磨性强、轻量化效果好、抗撞击能力强、成本低等多个优势在汽车工业中被经常使用。3铝合金在汽车产业中的应用情况铝合金可以通过铸造、挤压、冲压等冷加工和热处理工艺获得足够的强度重量比和耐腐蚀性。铝制零部件可以通过MIG焊接、激光焊接、紧固件、铆钉和粘合剂进行组装。目前铸造铝合金是汽车用铝最多的铝合金种类，广泛用于发动机零部件、车轮、减震器、底架及空间框架等铝化率较高的构件。随着铝合金车身的普及，轧制铝合金板材用料占比快速提升。相比铸造铝合金，变形铝合金的主要使用场景是车身轻量化，因铝化率相对较低，在传统汽车中的应用比例较少。据调研数据表明，欧洲地区车用铝合金制造工艺分类，铸造铝合金占比为65%，轧制板材占比为19%，挤压型材占比为11%，锻造件占比为5%。但在部分采用全铝车身的高端车型上，变形铝合金的占比比铸造铝合金高。由于铝及其合金具有强度、密度和制造适用性等优异特性，因此可用于减轻电动汽车的重量。由于重量减轻，油耗降低，电动汽车的续航里程可以增加。此外，由于铝及其合金的可回收性，可以重复使用。铝及其合金在电动汽车中的使用不断增加，并且正在进行各种研究以降低成本并扩大其使用。电动汽车数量的增加，专注于提高节能和续航里程的研究人员将开发方法，使汽车行业更频繁地使用铝合金。4我国车用铝合金的现状铝合金的拉伸强度、延伸率等技术性能与钢材有显著不同，在冲压、挤出、焊接等制造过程中面临诸多技术难题，由此导致全球掌握先进且成熟的车用铝合金生产技术企业数量不多。我国铝合金产业虽然发展迅猛，但较为滞后，与国际先进水平存在差距，产品质量及盈利能力较全球龙头企业尚有差距。目前行业处于产品结构调整和装备改造升级阶段，产品正向高附加值和新应用领域发展，其中交通轻量化成为行业投资热点和新的利润增长点。目前南南、丛林、晟通、利源铝业、麦达斯、忠旺等企业都已开展深加工或近净成形加工。我国汽车用铝合金板材面临三大问题：（1）缺少自主知识产权，由于铝合金使用尚不广泛。（2）车用铝合金技术研发投入不足，产业发展滞后。（3）产业应用推广不足。应加强产学研合作并建设相关技术创新平台。5车用铝合金的未来需求（1）市场分析从车型看，纯电动和混动乘用车明显高于内燃乘用车，且纯电动乘用车增长率最高。预计至2025年，内燃机、纯电动、混动乘用车单车用铝量分别为180kg、227kg、238kg。预计2025年我国汽车行业的铝用量将达到700万吨以上，主要由乘用车消耗，占比72%。未来5年年复合增长率将8.9%。乘用车、公共汽车和电动自行车等新能源汽车，将占总车用铝量的34%左右。（2）政策因素近日，生态环境部、发展改革委、工业和信息化部、住房城乡建设部、交通运输部、农业农村部和能源局7部门联合印发《减污降碳协同增效实施方案》，在推动交通运输协同增效措施中提到，加快新能源车发展，逐步推动公共领域用车电动化，有序推动老旧车辆替代为新能源车辆和非道路移动机械使用新能源清洁能源动力，探索开展中重型电动、燃料电池货车示范应用和商业化运营。到2030年，大气污染防治重点区域新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售量的50%左右。未来在市场和政策引导的双重作用下，新能源汽车的供应将会加快增长，车用铝量的需求量也会随之增加。6结论与讨论（1）随着新能源汽车自身的材料需求，车用铝量因其自身的优势应用比例将会不断增加。（2）在市场需求和国家政策的引导双重作用下，新能源汽车的供应将会加快增长，车用铝量的需求量也会随之增加。（3）相关铝合金产品在车身结构、电驱系统、副车架等相关车用部件中应用不足，应加强产学研合作并建设相关技术创新平台。（4）我国应加强“产学研”协同创新，提高自主创新能力，加强配套政策引导与支持，优化产业结构，提升产品性能与竞争力。参考文献：[1]洪腾蛟,董福龙,丁凤娟,等.轻合金在汽车轻量化领域的应用研究[J].热加工工艺,2020,49(4):1–6.[2]管仁国，娄花芬，黄晖,等.铝合金材料发展现状、趋势及展望[J].中国工程科学,2020,22(5):68-75.[3]余栋梅.电动汽车挤压