汽車用材料的變化與未來趨勢

刊登日期:2013/2/21
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汽車材料輕量化的三大潮流 
2. 鋁合金
鋁合金為商用輕金屬中最便宜的金屬,比重約為鋼材之1/3,輕量化效益高。從汽車部位來看,引擎、傳動系統、輪圈是三大用鋁比重最高的部位,但不同市場對於鋁材的應用亦不盡相同。以美國來看,對於汽油引擎與自動變速箱的鋁化程度較高;歐洲則在底盤、懸吊、車體結構、板金件上的鋁化較高。不論如何,鋁合金應用在汽車上的比重正逐年快速增加中,以燃油車來看,1970年代鋁合金在汽車的使用比例僅占2%,2010年已提升至8%,推估在2020年超過10%;Ducker甚至在2012年的報告中,樂觀預估2025年鋁占整車比例可能高達16%。但推動鋁化所面臨的最大瓶頸為成本問題,鋁的價格約高於鐵的3~4倍,鋁零件的採用將先以銷售價格較高的中高階車種為主。
 
車用材料的新課題
1. 使用新材料、新製程達到輕量化
儘管高張力鋼板的採用比例提高,是目前材料轉換的主要對策,但新材料技術隨著車體輕量化要求而日趨受到重視,包括熱沖壓技術、樹脂應用及樹脂輕量化的發展都在快速進行中。事實上,應用材料技術達到車體輕量化並非一定是高成本、高性能材料。透過鋼材或樹脂材料技術的改良,同樣可以達到大幅輕量化的效果,如日本Honda小型車“N Box”採用熱沖壓材料將素車體減重10%、Toyota的Corolla Fielder(2012年5月發表)首次將後蓋板件樹脂化(減重2.5公斤)、Mazda更將強度1,800MPa級的熱沖壓材料實際應用於前後保險桿(減重4.5公斤)等。
 

圖一、
日本汽車高張力鋼材的使用比例(2004 vs. 2014)
 
2. EV動力系統供應鏈改變後所帶動之車用材料需求變化
EV動力系統供應鏈的改變也使汽車材料的需求發生變化,如圖二所示。從關鍵零組件來看,做為電動車“心臟”的電池,引領全球市場展開對於相關材料產業的關注,如鋰金屬的全球儲藏、供給現況、未來需求等已成為熱門議題。此外,電動車用馬達帶動稀土、銅、電磁鋼片等材料的需求增加;而因為電池大幅增加車體重量,讓“輕量化議題”在探討電動車產業的發展上如同傳統車輛產業一樣,占有重要分量。
 

圖三、EV
化後材料需求結構的變化
 
未來發展趨勢
傳統材料雖有被取代的可能,但新材料的進入門檻也很高對於一切講求安全考量的汽車產業來說,採用新材料將有許多障礙須克服。車輛動力系統電動化後,雖然帶動了新材料的需求,但這些新素材若不具備絕對可靠的持久性及強度,恐怕很難完全取代傳統的主要材料。除了上述原因外,一輛新車款的開發,不但產品周期長,所伴隨應用的新材料或新製程技術,也相對有商品化的時間要求……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文
 
作者:薛乃綺 / 金屬中心ITIS計畫 
★本文節錄自「工業材料雜誌314期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10889

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