赵丕植教授：国内汽车铝板应用的趋势与挑战

前言：　
由于汽车业对轻量化技术的迫切需求，铝合金等轻量化材料的应用受到越来越多的关注。此外，国内即将实施的2018版C-NCAP安全法规增加了行人保护等要求，将进一步促进汽车铝板应用的积极性。汽车铝板对使用性能（成形、连接等）及表面质量的严苛要求，也给原材料的加工过程提出了更精细的控制管理要求。
这种高端汽车铝板国内外应用情况如何？未来市场规模有多大？国内企业应用需要解决难题有哪些？我们一起来听听赵丕植教授怎么说。 赵总：铝合金最初作为热交换器部件在汽车上应用，随后作为汽车轮毂、发动机汽缸活塞及缸体等部件使用，每台汽车2010年铝合金的使用量在发达国家到达150Kg、在中国也接近100Kg。所用铝合金有铸件、锻件、变形铝，以铸件为主。
      2012年以后，发达国家出于行人保护法规的强化，车身覆盖件大量采用铝合金板材。北美2012年引擎盖铝化率达30%，2015年引擎盖铝化率接近50%，2020年引擎盖铝化率接近75%，2025年引擎盖铝化率将达85%。北美2020年车门和行李箱盖/尾门、顶棚的铝化率将达25%，翼子板的铝化率接近20%；2025年车门铝化率将达到50%、行李箱盖/尾门与顶棚的铝化率将超过30%，翼子板的铝化率接近30%。以奥迪、捷豹、F-150卡车、TESLA-S新能源汽车为代表的车身全铝化正在推动铝合金板材在结构件上的应用。
      预测2020年覆盖件用铝合金板材将会大规模采用，2025年18%乘用车将采用全铝结构，这将使北美每台汽车铝合金使用量超过180Kg和250Kg。北美乘用车铝板2012年的市场规模只有在10万吨，预测2020年将超过120万吨，2025年将超过200万吨。
      欧洲乘用车铝板2012年的市场为20万吨，2020年将超过100万吨，2025年将超过150万吨。这些数据表明发达国家铝合金板材应用已有相当的技术基础及市场规模，在未来还将呈现大规模增长的趋势。

AM:国内汽车铝合金板材的应用情况及市场规模预测如何？
赵总：国内合资汽车公司比如上海通用的别克君威、君越、陆上公务舱GL8商务车的引擎盖，一汽大众的奥迪汽车的引擎盖、车门、行李箱后盖2012年已经开始使用铝合金板材，除了这些中高档车外，上海通用2015年发布的11~16万元低价格新英朗的引擎盖也开始采用铝合金板材。
      东风日产、广汽本田等合资公司，长城汽车、吉利、奇瑞、北京汽车、一汽、东风、上汽、广汽、江淮、长安等汽车公司也在计划近年采用铝合金板材制造覆盖件。特别是去年开始的混合动力汽车、纯电动汽车等新能源汽车的大规模上市，对车身及电池的轻量化提出越来越高的要求，几乎所有的新能源汽车都在有计划采用铝合金来实现轻量化。预测国内覆盖件用高档乘用车车身铝合金板材在2016年超过6万吨，2020年有望超过30万吨。
      除此之外，结构件及公交车、油罐车、货运挂车等商用汽车更加需要采用铝合金实现轻量化，预测所需铝合金板材在2020年会超过70万吨。因此，2020年中国国内汽车用铝合金板材的市场需求在100万吨以上。
      目前上海通用、一汽大众依靠进口铝合金板材进行覆盖件的生产，迫切希望采购供货容易、价格合理的国产铝合金板材。

AM:国内汽车铝板材料的开发情况如何？有哪些铝企业已建成或计划建设汽车铝板的生产线？
赵总：为满足上述汽车轻量化所需铝合金板材的国内市场，铝合金公司纷纷投资进行铝合金汽车板的研发及生产线建设。中国铝业公司依托“千人计划”专家团队、集中集团优势，成功开发出满足汽车公司需求的覆盖件及结构件用高端铝合金板材，并建成国内第一条汽车板生产线。
诺比利斯在江苏省常州市建造了生产汽车板所需的连续退火线及清洗线。南山铝业、南南铝业、忠旺等也均在建设汽车用铝合金板材生产线。

AM:国内铝合金汽车板的应用机遇与挑战有哪些？
赵总：汽车轻量化用材料可分为高强钢、铝合金、镁合金、碳钎维复合材料等，铝合金作为地球中含量最为丰富的金属，不但轻、还易于成形、比刚性高，与人碰撞时吸收能量较高可以减少人的伤害有利于保护行人，且耐腐蚀可永久利用，废铝再使用所需能量为电解新铝的3%、循环利用的价值超大，因此铝合金作为理想的轻金属材料汽车上的应用会越来越广泛应。
      但国内汽车厂家在铝合金的成形、连接、涂装等应用技术的方面的研究刚刚起步，为实现大规模应用还需要解决以下一系列技术问题。
1）成型技术：铝合金与钢板相比，延伸率及应变比低、拉延及深冲成型性较差，弹性模量低、成形后的弹性回复量偏大，因此需要从部件的形状设计、润滑油的选择、合理的成形条件着手实现铝合金零部件的成形；还可以通过液压成形、高温快速充气的热成形进行复杂形状零部件的制备。
2）连接技术：铝合金的连接性能与钢板相比，电阻低、热传导容易，加上表面致密的氧化物的存在，溶融焊接性能较差，特别是汽车钢板连接常用的点焊技术用在焊接铝板时性能不尽如意。尽管通用汽车公司找到一些解决办法，但大多数汽车公司已经把传统的点焊改为铆接。日本的松田汽车公司开发了点摩擦搅拌焊接替代传统的点焊。
3）表面处理技术：汽车铝合金板材与镀锌汽车钢板相比，在现有磷化处理液体中形成的磷酸锌盐结晶体粗大、致密度较低，不能满足涂装性能要求。因此需要对现有磷化处理液体进行改进，同时需要开发铝钢部件混合磷化、电泳处理技术。

AM:汽车铝板的开发与应用是个系统的工程，要实现国内规模化应用，您认为产业链上下游还需要开展哪些方面的合作？
赵总：目前铝合金汽车板的应用，存在板材批量供货及应用技术不成熟的问题。因此需要联合汽车铝板制造公司与汽车公司进行联合开发。铝板制造公司开发出满足汽车公司需求的材料、实现批量供货，同时提供成形、连接、表面处理技术的整体方案，帮助汽车公司汽车进行铝板的冲压、总成、涂装生产线的建设，而且需要参与铝合金零部件的设计甚至制造过程。

总结：发达国家已经开始大规模使用汽车铝板，中国国内合资品牌汽车也在使用进口汽车铝板，自主品牌汽车公司正在进行应用技术的开发，铝板制造公司在积极投资建设汽车铝板生产线。为了在中国实现大规模汽车铝板的应用，需要联合铝板制造公司和汽车公司、零部件公司、设计公司共同开发。

专家介绍：赵丕植博士, 中国铝业公司首席工程师，中铝科学技术研究院副总工程师，江苏省创新创业领军人才，苏州有色金属研究院铝加工工艺研究所所长。