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美國總統的座駕居然是泡沫做的?是泡沫鋁!
瀏覽: 發布日期:2019-05-30
 
  這年頭,一說汽車黑科技少不了談輕量化。一談輕量化,大家言必稱鋁合金。一說鋁合金,連它的來路也都跟鄰家小李子一樣被人摸的門兒清:不就是利用沖壓工藝制作鋁合金板材、利用鑄造工藝制作鑄鋁件么?
  Too young。還有很多方法解鎖鋁合金哦,譬如——泡沫鋁。
  ▲這貨與泡沫和車有啥關系?
  一、泡沫鋁歷史
  大齡女青年想要找對象,一般要求都不高。不需要滿足3個180(不要問什么意思,車聚君這么純潔怎么知道),只需要他像彭予晏一樣陽光帥氣會撩妹,又像王寶強一樣忠實老實收入高,就可以了。
  嗯,趕緊從娛樂圈醒來。
  在汽車圈,卻還真有這樣一種材料。它像泡沫一樣,孔隙率大、比表面積高、阻尼減震強;又像金屬一樣,比強度高、比剛度高、耐高溫、質量還輕,簡直是造車者的夢中情人。
  但你并不是在做夢。早在20世紀40年代后期,美國就率先研究這種材料,并于1951年科學家Elliot率先成功生產出泡沫鋁。
 
  然而這種材料在發泡工藝、泡的大小和均勻性上很難控制,生產難度很大,當時并沒有得到大范圍使用,且在此后40多年里泡沫鋁的制造和應用一直處在停滯狀態。直到80年代末,日本九州工業技術研究所改善了泡沫鋁的生產技術,國際上再次興起了關于泡沫鋁材料的開發熱潮。
  那場在1999年德國不來梅舉行的第一屆世界泡沫金屬學會議,堪稱泡沫鋁騰飛的里程碑事件。此后泡沫鋁就真正意義上從幕后走向了臺前,工業化程度也越來越高,再也不是實驗室里無人問津的科研材料了。
  二、泡沫鋁制備方法
  泡沫鋁制備工藝有20多種,涉及的領域非常廣,但對于汽車工業來說,泡沫鋁價格并不低廉,加工工藝也比較復雜,各種制備工藝的穩定性和再現性都不是很高,孔結構的不均勻問題也還沒有得到徹底解決。
 
  泡沫鋁制備主要為凝固法、燒結法、沉積法等,其中溶體發泡法相對簡單,孔隙可控,成本較低,比較適合規?;a大規格的泡沫鋁材料。
  三、泡沫鋁在汽車工業中的運用
  由于泡沫鋁具有輕質、高比強度、高比剛度、阻尼減震、吸聲隔熱、電池屏蔽等特點,在航空航天、高速芯片,建筑材料中均有所應用,近些年這種材料又逐漸進入汽車領域。

    泡沫鋁經典應用之一就是泡沫鋁夾層結構,由于綜合了泡沫鋁和金屬板件的性能,這種結構強度較好,剛度提高2倍以上,阻尼、防撞能力提高3倍以上,且同比質量大大降低。
     
         ▲出于防彈、防爆目的,奧巴馬乘坐的“陸軍一號”防彈轎車采用了大量泡沫鋁材料
  OME公司曾經設計過一款汽車,底盤采用了泡沫鋁三明治板結構,這種材料使用后,在同種結構下可以減低25%的重量。
  據報道,如果將泡沫鋁零件代替傳統的汽車鑄件,在零件強度不變的情況下,質量可以減輕50%以上。
 
  此前,BMW曾聯合澳大利亞輕金屬性能研討中心(LKR),研發了一種泡沫鋁結構的發動機支架,在強化車架剛度,提高構架穩定性的同時還能耗散機械振蕩和熱能。
  而德國卡曼汽車公司則采用三明治式復合泡沫鋁材來制造吉雅轎車(Ghiaroadster)的頂蓋板,在質量下降25%的同時,剛度比原來的鋼構件大7倍左右,真可謂一石二鳥。
 
  泡沫鋁作為吸能緩沖結構存在時,多是應用在吸能盒、門梁結構、保險杠中,能夠達到緩沖吸能的目的。例如用泡沫鋁作夾芯制作轎車保險杠,具有吸收撞擊動能的功能,由于回彈率很小(小于3%),可以有效避免二次碰撞傷害。
  我們再詳細聊聊大家比較陌生的幾項:
  ▎吸能盒
 
  這種填充結構吸能能力,大于吸能盒與泡沫鋁單獨吸收能量之和,而且由于泡沫鋁的各向同性,在偏置碰撞中也能獲得很好的能量吸收。
  隨著人們安全意識的提高,行人安全概念也逐漸成形。而這種結構能夠完全吸收掉車輛以15Km/h速度撞擊的所有能量,正能對行人安全起到保護作用。
  ▎NVH
  吸熱隔音上,泡沫鋁也能起到立竿見影的功效。比如它就被使用在了客車消音器中。
  ▲客車泡沫消音器,泡沫鋁吸聲板經過耐火處理,可以適用在近600℃的尾氣溫度。降噪效果為阻抗型消聲內芯、并聯共振式消聲內芯消聲器的2~3倍,重量減輕1/3左右。
  此外,用泡沫鋁材料制作轎車地板、間隔、車門夾心板等也能達到隔音、隔震的效果。
 
  ▎頂蓋
  汽車頂蓋作為汽車上最大面積的覆蓋件,如何綜合重量和強度的要求一直讓廠家頭疼。采用泡沫鋁夾心板,厚度僅為2mm左右,剛度為鋼板頂棚的7倍,重量還能減輕50%以上。
  四、對未來的預期
  當然了,看似完美的東西總歸有著讓人無奈的缺點,現階段來說,泡沫鋁的優點與高成本相比并不占優勢。
 
  未來,單獨的泡沫鋁結構在汽車上的使用可能會遇到瓶頸,但如果將這種材料和其他材料如金屬、高分子等進行結合或許是種啟發。
  比如將泡沫鋁和鋁合金或碳纖維復合材料等結合,可以一定程度上緩解碳纖維材料成本高、脆性大,易斷裂的缺點,同時又能獲得良好的隔熱靜音、耐高溫性能。
  反過來也是一樣的,將碳纖維作為輔材應用于泡沫鋁中,提高泡沫鋁本身的性能也是大有前景?,F在已經出現了一些關于碳纖維增強鋁基泡沫材料的研究,實驗效果也說明其在保持泡沫鋁原有功能的基礎上,進一步提高了材料的物理性能,最終獲得高吸能、阻尼減震、孔壁韌性較好的泡沫鋁材料。
 
  如何獲得更好的三明治結構,加強泡沫鋁和其他材料之間的結合力,強化各材料的性能特點,或者是尋求出一種新的結構,如多層的夾層結構等也不失為一種比較好的選擇。
  總之,盡管泡沫鋁的研究已經比較深入,在其他工業中得到了多方面的應用,但是對于汽車工業來說,它還遠遠沒有達到完全成熟的地步,目前也僅在一些汽車零部件上使用,但作為一種性能優良的材料,它的應用遠遠不止如此,將來泡沫鋁和多種材料之間的結合會是一種趨勢。
  泡沫鋁作為一種性能優良的材料,在汽車領域的地位應該更高,在鋁合金大行其道的現代汽車工業中,它應該得到更多的重視。解決其成本和單一性,找到更好的結構和材料復合方法,或許是這種材料的新發展方向。
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