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车用铝材市场再升温

理想汽车创始人李想再次抓住了流量密码,把新车理想L9推向舆论浪尖。7月13日,关于该款车型空气悬架用材“铝、钢、铁”的风波,直接引发了众多造车关键部件使用材质的热议。值得一提的是,针对网友 “不解理想L9将悬架铸铁零件表面喷涂为‘铝合金’”的评论,李想除对涂层颜色的解释外,随后还留言回应:“一辆车什么地方用铝,什么地方用钢和铁,不是拍脑袋、敲键盘决定的。”
当然,这仅体现出李想的个人看法。事实上,在同等刚度前提下,铝材料显然要比铁更耐腐蚀。不过结合成本因素,将悬架铸铁下摆臂的防锈工艺细节做到位,尽可能降低生锈概率,对下摆臂的使用寿命同样可以保证。所以究竟哪种材料会更契合零件的使用场景,只能是见仁见智,依据材料成本以及工艺水平合理取舍。而回归风波源头,其实也表露出汽车车身用铝情况已引起消费者的更多关注。

新形势促使需求“铝热”
客观地说,有关铝制品在汽车上的应用已很普遍,特别是在轻量化需求升温以后,其由于远高于钢铁、镁合金、塑料及复合材料的综合性价比,使得铝材的单车平均用量也在逐步提升。而当前新能源汽车市场“高歌猛进”的局面,又令这一变化更为突显。据中国汽车工业协会统计:今年上半年,新能源汽车销量为260万辆,同比增长1.2倍,市场占有率达21.6%。同时,中国汽车工业协会还认为随着新能源汽车市场份额逐月上行,其全年销量有望达到550万辆。
除此之外,鉴于动力驱动形式以及车体结构的变化,纯电动汽车的单车平均用铝量也明显高于燃油车型。“截至2018年,中国每辆燃油车的铝材用量为120千克,纯电动车则为128千克。”中铝材料应用研究院轻量化工程中心业务主管吴永福博士表示,“考虑到当前新能源汽车的销量情况,很显然车用铝材总量将迎来爆发增长。”对此,他预计未来3年内,国内新能源汽车每年的铝材用量将从10万吨增长到316万吨左右。
当然,3年30倍的规模增长似乎过于“激进”,但显然不能用传统的铝制零配件应用情况作为判断依据。过去,提升汽车的轻量化水平主要通过降低簧下质量来实现,对车轮轮毂、转向机构进行铝材替代已成为常态。而随着钢铝混合车身在部分产品中开始应用,密度仅有钢材1/3的铝材料除了减重,其在节能、运行安全性及循环再生利用等方面同样优势明显,只是碍于铝材自身特性,仍然在成本及制造工艺存在限制因素。
不过,伴随国家双碳战略的推进,因汽车节能减排政策、长续航需求对动力电池重量的制约,令以纯电动车型为代表的新能源汽车企业对车身减重更为关切。有外部研究表明:一辆整备质量1.6吨的家用轿车,普通钢制白车身重量大约为475千克;如果全部替换为高强度钢,可减重161千克;再进一步替换为铝合金车身的话,减重幅度则高达190千克,并且叠加铝材在车体其他部件的应用,减重效果十分突显。学界也对高性能铝合金构件在新能源汽车上的应用进行追踪研究,武汉理工大学汽车轻量化技术中心副主任胡志力便给出一组数据:汽车重量每降低10%,可使得电动汽车续航里程增加5%~6%。此外,他还表示除了轻量化,铝制车身对于操控性也有提升,甚至其延展性对于碰撞溃缩区的帮助也更加明显。

工艺变革更新铝材应用机会
除因市场变化产生的需求外,在工艺端角度,也同样出现了利好铝材应用的发展趋势,近期兴起的一体化压铸工艺正在改观铝制零件组合强度不足的局面。实际上,因为单一板材很难实现在强度和韧性方面的要求,所以传统焊接车身需要对诸多冲压零部件进行拼接补强。而一体化压铸工艺的出现,则可以做到将零部件融为一体,在保证强度的前提下实现较为复杂的设计,从而降低整车生产工序的复杂性。
对于铝合金在一体化压铸方面的技术进展,广州广型模具有限公司技术总监梁振进认为,在利用一体压铸之后,整个工艺制程得到大幅度简化。他表示,在高压铸造工艺里,产生的渣包和料头等余料,均可以进行回炉使用。此外,高压铸造工艺还扩大了原料来源,可以消耗二次铝,大幅减少了使用原生铝的需求。“铝合金的应用瓶颈之一在于成本,一体化压铸恰恰能够提升材料利用率。”
特斯拉便是一体化压铸工艺的坚定簇拥者。特斯拉CEO马斯克曾在特斯拉电池日上介绍:特斯拉Model Y车型采用的一体化压铸后地板总成,可将下车体总成重量降低30%,制造成本因此下降40%。同时相比Model 3车型,Model Y的零件数量减少79个,焊点更是由大约700-800处锐减至50处。这使得整车的连接数量大幅度减少,减少了很多涂装、焊装等过程,且由于一体化压铸的后地板总成不需要再进行热处理,制造时间由传统工艺的1-2小时缩减至 3-5分钟。
如今,这种趋势也正向汽车产业链上游发展,部分供应商也在同步提升轻量化方面的技术储备,以促使整车产品进步,其中典型的例子就是电池铝托盘。由于电池密度的不断提升,使得承载电池模组的托盘或壳体会处于重载荷状态,直接影响电动车的整车载荷分布和续航能力。但铝材凭借重量轻、熔点低的特点,目前已成为压铸铝托盘、挤压铝合金框架和铝板拼焊壳体、模压上盖的主要材料,在电池托盘方面进入到规模化应用阶段。
事实上,铝材在汽车上的应用机会远不止于此。不论是新能源汽车轻量化需求的高增长,还是一体化压铸等成型工艺所引发的技术变革。势必还会有更多的产业机遇、工艺革新、技术应用会影响到铝材料在汽车工业上的发展进程。
注:本文首发于《汽车纵横》杂志2022年8月刊
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