在保证汽车安全性和可靠性的前提下,车身轻量化和发动机大功率、高转速、低能耗化已成为汽车行业发展的当务之急。铝基复合材料由于具有高比强度、高比模量、高热导率、低热膨胀系数、良好的耐磨和耐疲劳性、低密度、良好的尺寸稳定性等优良的力学性能和物理性能,已经在汽车工业领域获得成功应用,并取得了良好的经济效益。
一、铝基复合材料活塞
活塞是发动机的关键零部件之一,所处的工作环境非常恶劣。随着发动机朝着大功率和高热效率的方向发展,活塞材料也在不断改进,从传统的铸铁、铸钢到铝合金再到铝基复合材料。日本本田公司成功应用铝基复合材料制造了发动机活塞环槽,其性能和寿命均优于传统的铸铁镶块环槽。该公司又推出氧化铝纤维增强活塞顶的铝活塞。英国AE公司推出了陶瓷纤维增强铝基活塞,又将整体采用碳化硅颗粒增强铝基复合材料锻件的发动机活塞成功应用于法拉利一级方程式赛车。我国东南大学研制了陶瓷纤维增强铝基复合材料活塞,并将其应用于汽车发动机、大马力柴油机上,使活塞寿命提高了3～5倍,发动机功率也明显提高,汽车油耗和尾气排放大大减少;与普通铝合金材料相比,这种陶瓷纤维增强铝基复合材料的高温抗拉强度提高了20%～40%,线膨胀系数降低了20%。
二、铝基复合材料制动盘
陶瓷精密加工制动盘是汽车制动系统中的重要部件,其刹车制动效果关系到汽车的行驶安全。当汽车发生紧急制动时,其温度急剧升高,尤其是长时间、多次数的紧急制动,对制动盘产生的热冲击和摩擦程度极高,以致制动盘表面产生热裂纹或热磨损,最终导致制动失效。由于铝基复合材料的耐磨性、导热性好,最高工作温度可达℃,故全球各大汽车公司如奔驰、沃尔沃、菲亚特、通用、福特、丰田等均对铝基复合材料刹车系统的研发做了许多工作。美国FORD公司已研制出SiCP/Al复合材料制动盘,并批量用于高级轿车。德国、日本等研制的铝基复合材料高速列车制动盘,也已在火车、地铁、城郊列车等线路上得到应用。
三、铝基复合材料气缸套
气缸套是镶嵌在发动机缸体内的圆筒形零部件,决定着发动机的使用性能与寿命。随着发动机性能要求的提高,传统灰铸铁气缸套的性能已远不能满足要求。据报道,过共晶A1-Si合金复合体涂覆法,可用于内燃发动机铝合金气缸套内壁。另据报道,采用激光在Al基气缸套内表面熔覆Si和Mo的混合粉末,原位生成纳米级MoSi2以形成第二相增强颗粒层,可提高材料表面的硬度及延展性。铝基复合材料还应用于汽车的其他零部件上,如轮毂、驱动轴、连杆等,取得了显著的减重、提高强度和动力性能的效果。
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