泡沫铝的缺点 美国总统的座驾居然是泡沫做的?是泡沫铝!

2018-07-27 - 泡沫铝

这年头,一说汽车黑科技少不了谈轻量化。一谈轻量化,大家言必称铝合金。一说铝合金,连它的来路也都跟邻家小李子一样被人摸的门儿清:不就是利用冲压工艺制作铝合金板材、利用铸造工艺制作铸铝件么?

泡沫铝的缺点

Too young。还有很多方法解锁铝合金哦,譬如——泡沫铝。

▲这货与泡沫和车有啥关系?

一、泡沫铝历史

大龄女青年想要找对象,一般要求都不高。不需要满足3个180(不要问什么意思,车聚君这么纯洁怎么知道),只需要他像彭予晏一样阳光帅气会撩妹,又像王宝强一样忠实老实收入高,就可以了。

泡沫铝的缺点

嗯,赶紧从娱乐圈醒来。

在汽车圈,却还真有这样一种材料。它像泡沫一样,孔隙率大、比表面积高、阻尼减震强;又像金属一样,比强度高、比刚度高、耐高温、质量还轻,简直是造车者的梦中情人。

但你并不是在做梦。早在20世纪40年代后期,美国就率先研究这种材料,并于1951年科学家Elliot率先成功生产出泡沫铝。

泡沫铝的缺点

然而这种材料在发泡工艺、泡的大小和均匀性上很难控制,生产难度很大,当时并没有得到大范围使用,且在此后40多年里泡沫铝的制造和应用一直处在停滞状态。直到80年代末,日本九州工业技术研究所改善了泡沫铝的生产技术,国际上再次兴起了关于泡沫铝材料的开发热潮。

泡沫铝的缺点

那场在1999年德国不来梅举行的第一届世界泡沫金属学会议,堪称泡沫铝腾飞的里程碑事件。此后泡沫铝就真正意义上从幕后走向了台前,工业化程度也越来越高,再也不是实验室里无人问津的科研材料了。

泡沫铝的缺点

二、泡沫铝制备方法

泡沫铝制备工艺有20多种,涉及的领域非常广,但对于汽车工业来说,泡沫铝价格并不低廉,加工工艺也比较复杂,各种制备工艺的稳定性和再现性都不是很高,孔结构的不均匀问题也还没有得到彻底解决。

泡沫铝制备主要为凝固法、烧结法、沉积法等,其中溶体发泡法相对简单,孔隙可控,成本较低,比较适合规模化生产大规格的泡沫铝材料。

三、泡沫铝在汽车工业中的运用

由于泡沫铝具有轻质、高比强度、高比刚度、阻尼减震、吸声隔热、电池屏蔽等特点,在航空航天、高速芯片,建筑材料中均有所应用,近些年这种材料又逐渐进入汽车领域。

泡沫铝经典应用之一就是泡沫铝夹层结构,由于综合了泡沫铝和金属板件的性能,这种结构强度较好,刚度提高2倍以上,阻尼、防撞能力提高3倍以上,且同比质量大大降低。

▲出于防弹、防爆目的,奥巴马乘坐的"陆军一号"防弹轿车采用了大量泡沫铝材料

OME公司曾经设计过一款汽车,底盘采用了泡沫铝三明治板结构,这种材料使用后,在同种结构下可以减低25%的重量。

据报道,如果将泡沫铝零件代替传统的汽车铸件,在零件强度不变的情况下,质量可以减轻50%以上。

此前,BMW曾联合澳大利亚轻金属性能研讨中心(LKR),研发了一种泡沫铝结构的发动机支架,在强化车架刚度,提高构架稳定性的同时还能耗散机械振荡和热能。

而德国卡曼汽车公司则采用三明治式复合泡沫铝材来制造吉雅轿车(Ghiaroadster)的顶盖板,在质量下降25%的同时,刚度比原来的钢构件大7倍左右,真可谓一石二鸟。

泡沫铝作为吸能缓冲结构存在时,多是应用在吸能盒、门梁结构、保险杠中,能够达到缓冲吸能的目的。例如用泡沫铝作夹芯制作轿车保险杠,具有吸收撞击动能的功能,由于回弹率很小(小于3%),可以有效避免二次碰撞伤害。

我们再详细聊聊大家比较陌生的几项:

▎吸能盒

这种填充结构吸能能力,大于吸能盒与泡沫铝单独吸收能量之和,而且由于泡沫铝的各向同性,在偏置碰撞中也能获得很好的能量吸收。

随着人们安全意识的提高,行人安全概念也逐渐成形。而这种结构能够完全吸收掉车辆以15Km/h速度撞击的所有能量,正能对行人安全起到保护作用。

吸热隔音上,泡沫铝也能起到立竿见影的功效。比如它就被使用在了客车消音器中。

▲客车泡沫消音器,泡沫铝吸声板经过耐火处理,可以适用在近600℃的尾气温度。降噪效果为阻抗型消声内芯、并联共振式消声内芯消声器的2~3倍,重量减轻1/3左右。

此外,用泡沫铝材料制作轿车地板、间隔、车门夹心板等也能达到隔音、隔震的效果。

▎顶盖

汽车顶盖作为汽车上最大面积的覆盖件,如何综合重量和强度的要求一直让厂家头疼。采用泡沫铝夹心板,厚度仅为2mm左右,刚度为钢板顶棚的7倍,重量还能减轻50%以上。

四、对未来的预期

当然了,看似完美的东西总归有着让人无奈的缺点,现阶段来说,泡沫铝的优点与高成本相比并不占优势。

未来,单独的泡沫铝结构在汽车上的使用可能会遇到瓶颈,但如果将这种材料和其他材料如金属、高分子等进行结合或许是种启发。

比如将泡沫铝和铝合金或碳纤维复合材料等结合,可以一定程度上缓解碳纤维材料成本高、脆性大,易断裂的缺点,同时又能获得良好的隔热静音、耐高温性能。

反过来也是一样的,将碳纤维作为辅材应用于泡沫铝中,提高泡沫铝本身的性能也是大有前景。现在已经出现了一些关于碳纤维增强铝基泡沫材料的研究,实验效果也说明其在保持泡沫铝原有功能的基础上,进一步提高了材料的物理性能,最终获得高吸能、阻尼减震、孔壁韧性较好的泡沫铝材料。

如何获得更好的三明治结构,加强泡沫铝和其他材料之间的结合力,强化各材料的性能特点,或者是寻求出一种新的结构,如多层的夹层结构等也不失为一种比较好的选择。

总之,尽管泡沫铝的研究已经比较深入,在其他工业中得到了多方面的应用,但是对于汽车工业来说,它还远远没有达到完全成熟的地步,目前也仅在一些汽车零部件上使用,但作为一种性能优良的材料,它的应用远远不止如此,将来泡沫铝和多种材料之间的结合会是一种趋势。

泡沫铝作为一种性能优良的材料,在汽车领域的地位应该更高,在铝合金大行其道的现代汽车工业中,它应该得到更多的重视。解决其成本和单一性,找到更好的结构和材料复合方法,或许是这种材料的新发展方向。

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