泡沫鋁如何解鎖車用鋁合金？

　　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。

　　泡沫鋁如何解鎖車用鋁合金？

　　泡沫鋁歷史

　　在汽車圈，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。

　　泡沫鋁是一種在鋁基體中包含無數(shù)個氣泡的輕質多孔金屬材料，它同時兼有金屬相氣泡特征，是一種具有廣泛應用前景的物理功能材料。

　　主要結構特點

　　（1）孔結構可調?？煞譃閮煞N情況：一種是具有獨立孔洞結構，分散的氣泡或空心的顆粒分布在金屬基體中（有人稱之為海綿鋁）;另一種是具有貫通的孔洞結構（有人稱之為蜂窩鋁）。

　　（2）孔徑較大。變化范圍為0.1——10.0mm（一般粉末冶海多孔金屬孔徑徑不大于0.3mm）。

　　（3）空洞率高。變化范圍為40%——90%（一般粉末冶金多孔金屬空洞率不大于30%）。

　?。?）密度小。變化范圈為0.2——0.9/cm3（僅為同體積鋁的1/10——1/3）。

　　然而這種材料在發(fā)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(tài)。直到80年代末，日本九州工業(yè)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(fā)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(yè)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。

　　主要性能特點

　　高阻尼減震性能及沖擊能量吸收率：阻尼性能為金屬鋁的5-10倍?？紫堵蕿?4%的泡沫鋁發(fā)生50%變型時，可吸收2.5MJ/M3C以上的能量。

　　良好的聲學功能：1、隔聲性能（閉孔）：聲波頻率上800-4000HZ之間時，閉孔泡沫鋁的隔聲系數(shù)達0.9以上。2、吸聲性能（微通孔和通孔）：聲波頻率在125——4000HZ之間時，通孔泡沫鋁的吸聲系數(shù)最大可達0.8，其倍頻程平均吸聲系數(shù)超過0.4。

　　優(yōu)良的電磁屏蔽性能：電磁波頻率在2.6-18GHZ之間時，泡沫鋁的電磁屏蔽量可達60-90dB。

　　良好的熱學性能：通孔泡沫鋁由于其孔洞相互連通，在強制對流條件下具有良好的散熱性。不燃燒且有較好的耐熱性。耐腐蝕性、耐候性好，低吸濕，不老化，無毒性。

　　易加工：切割、鉆孔、膠結方便；經模壓可彎曲成所需形狀；能用有機或無機漆進行表面處理；可以兩面蒙皮，構成大尺寸的輕質、高剛度板。

　　易安裝：泡沫鋁材料可以被安裝在高處而無需機械起重設備，如：天花頂棚、墻壁和屋頂?shù)?，可以采用機械方法或直接用螺釘連接和固定，也可以用粘接劑粘貼在墻或天花板上。

　　金屬薄板——泡沫鋁——金屬薄板形成的“三明治”結構繼承了泡沫鋁的優(yōu)異性能，并具有很高的抗彎強度，可用作新型建材、機車車輛的高剛度結構件等。

　　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(yè)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(wěn)定性和再現(xiàn)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(fā)泡法相對簡單，孔隙可控，成本較低，比較適合規(guī)?；a大規(guī)格的泡沫鋁材料。

　　泡沫鋁在汽車工業(yè)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。

　　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(jù)報道，如果將泡沫鋁零件代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(lián)合澳大利亞輕金屬性能研討中心（LKR），研發(fā)了一種泡沫鋁結構的發(fā)動機支架，在強化車架剛度，提高構架穩(wěn)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?。ㄐ∮?%），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(lián)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。

　　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(xiàn)階段來說，泡沫鋁的優(yōu)點與高成本相比并不占優(yōu)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(fā)。

　　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(xiàn)在已經出現(xiàn)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(yè)中得到了多方面的應用，但是對于汽車工業(yè)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(yōu)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。

　　小結：

　　泡沫鋁作為一種性能優(yōu)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(xiàn)代汽車工業(yè)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(fā)展方向。