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鋁硅合金在汽車工業(yè)中的應用前景及研究現(xiàn)狀

寫篇這題材的論文，請給一些關于這方面的資料參考一下最后一天給好評: 問提問者：網友 | 2017-07-23

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汽車工業(yè)中的能源材料高強度鋁合金　　通過節(jié)能降低環(huán)境污染具有重要意義。在汽車材料領域，除了依靠零件薄壁化、中空化及小型化等方法節(jié)能外，主要的方法是材料的輕量化，所以輕量化材料的研究是目前國際上汽車材料領域最活躍的研究方向之一。　　目前輕量化材料主要采用各種高強度鋼，能夠降低汽車重量１５％-２０％。九十年代以來國外廣泛采用高比強度Ａｌ合金、Ｍｇ合金和塑料，其中最重要的輕量化材料是鋁合金，它具有塑性好、比強度高、耐腐蝕性好、韌性好、加工成本低和可延長使用壽命等優(yōu)點，每使用１Ｋｇ的Ａｌ，可降低汽車重量２．２５Ｋｇ。　　美國每臺車的Ａｌ合金重量已經從７０年代的３０Ｋｇ增至９０年代的９０Ｋｇ。１９９６年Ａｕｄｉ公司生產的全鋁Ａ８轎車，采用Ａｌ合金擠壓車架，重量降低了３５％，抗扭剛度增加了５０％；１９９７年又生產了全Ａｌ車身的雙座敞篷汽車和雙座轎車。ＢＭＷ公司１９９６年生產的５系列全鋁轎車，其車身、車架、橋殼、齒輪箱箱體和雙聯(lián)前軸都是由Ａｌ合金制造，整體剛度增加８０％，據德國鋁業(yè)人士估計，僅使用Ａｌ車身，一年就可節(jié)約運行費用２．５萬馬克。　　另外，Ｈｏｎｄａ、Ｎｉｓｓａｎ、Ｃｈｒｙｓｌｅｒ、ＢＭＷ和Ａｕｄｉ等公司都生產了全鋁發(fā)動機，它采用具有低熱膨脹系數、良好的高溫機械性能和耐磨性的過共晶鋁硅合金活塞；缸體、連桿和曲軸采用壓力鑄造纖維增強和顆粒增強鋁合金復合材料；車身采用Ａｌ－１％Ｓｉ－０．５％Ｍｇ合金。這種合金在深沖成型時呈固溶態(tài)，塑性好；時效后，通過析出Ｍｇ２Ｓｉ而增加強度。此外，采用管狀鋁材構成“空間立體構架”，其重量比鋼車身降低４０％，成本只增加２０％，汽車總重量和燃料費都降低１０％以上。　　通過改變合金組織提高鋁合金的強度，能夠降低鋁合金成本，使其得到更廣泛的應用。由于我國以生產低中檔轎車為主，所以這一點對我國的汽車工業(yè)具有特殊的意義。　　此類合金的重要特征是強度高、耐腐蝕和韌性好。非晶和納米晶高強度鋁合金通常采用粉末冶金方法制造（冷速為４０Ｋ／ｓ），采用真空或氫氣保護，在過冷液態(tài)溫度下壓制成型，制成的樣品密度接近１００％。例如Ａｌ９４Ｖ４Ｆｅ２合金，其基體中含有高密度晶界和過飽和Ｆｅ和Ｖ。由于Ｆｅ阻礙晶粒長大，其組織為納米晶＋非晶。　　在成型過程中，合金表面的氧化鋁膜被擠碎，在合金中呈彌散分布，因此該合金同時具有缺陷強化、固溶強化和彌散強化幾個方面的強化機制，而組織中的非晶則有力的改善了合金的韌性，該合金最高強度達到１３９０ＭＰａ，其它合金也存在類似的性能。這些合金的鋁含量在８５％-９４％之間，鋁含量越低，合金韌性越好，成本越高。由于上述合金需要在壓力下成型，所以用這些合金制造的零件應具有較簡單的形狀。　　現(xiàn)在汽車發(fā)動機連桿使用的材料主要是中碳碳素鋼和合金鋼，其強度在６００-１０００ＭＰａ之間。如果高強度鋁合金的強度達到７００-９００ＭＰａ，則鋁合金的比強度是中碳鋼的３倍，而其重量只有原有重量的１／３，這不但能夠提高發(fā)動機的工作效率和節(jié)約能源，而且由于連桿重量的減輕可降低發(fā)動機工作時的振動，從而提高發(fā)動機的使用壽命和可靠性。 2、儲氫合金　　估計到２０２０年石油作為能源的比例將由目前的４０％降至２０％，所以需要研究替代能源。汽車未來能源除采用天然氣和液化氣以及各種雙燃料外，可采用太陽能、電能和氫能。　　太陽能電池從材料角度出發(fā)，要解決非晶硅的低成本制造（本世紀末只能達到１ｗ／０．２＄）和光電轉換率低的問題（２４％）；電池儲能需要解決高效電池（低成本、儲電的高比能量和比功率及高儲電次數）的問題；而氫能則需要解決低成本分解水和氫氣儲存問題。　　對于氫氣儲存問題通常采用儲氫合金解決，目前主要是鑭系（ＬａＮｉ５），鈦系（ＴｉＦｅ和ＴｉＦｅＶ）和鎂系（Ｍｇ２Ｎｉ）金屬間化合物，一般能夠儲存比本身體積大１０００倍以上的氫量。　　這些合金的缺點是儲氫次數低（儲氫和放氫使其體積反復膨脹和收縮，導致合金粉化）、容易中毒和儲氫密度低。如果采用鋯鎳和銅鈦非晶合金儲氫，則由于它的非晶結構，不容易發(fā)生晶界開裂，從而避免形成粉末。但是一般非晶合金在制造過程中需要急冷，因此很難制成大塊樣品，需要研制出具有高非晶形成能力的合金。　　我們根據８０年代末國外的文獻報道，研究了在鑭系、鋯系和鎂系非晶合金中加入其它組元（Ａｌ、Ｙ和Ｃｏ等）后的非晶形成能力。雖然不能達到文獻報道的通過壓力鑄造制成直徑１０ｍｍ左右的鑄件的水平，但鑄造出了直徑大于５ｍｍ的非晶合金。以這些合金為基礎，有可能研究出長壽命的儲氫非晶合金，其性能指標預期可達到: 　?。幔畠淠芰_到２００ｍｍ３／ｇ；　?。猓烹娏浚担埃祝耍纾?　?。悖浞烹姶螖荡笥冢担埃按?；　?。洌冢保埃?１５０℃氫的蒸氣壓大于５ＭＰａ；　?。澹畨毫ζ脚_溫度范圍在２０-３０℃之間。　　通過解決水的低成本分解（目前也可通過電廠電力輸出低谷時富余的電力電解水）或由于汽油的價格的上漲（石油短缺），都可以導致氫燃料汽車的應用。因為氫燃燒后生成無害的水，所以該研究對于環(huán)境保護有著重要意義。以上是一片參考文獻，僅供參考: 回答者：網友

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