日本汽車工業將開始大量導入鈦合金到高效能內燃機汽車關鍵零組件及電動車燃料電池隔離膜

刊登日期:2017/2/28
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汽車內使用鈦合金的零組件越來越多。日產汽車今年發表並展示2017年 sports car “GT-R“ 的原型車。該車的排氣系統金屬與以往不銹鋼完全不同,採用了由新日鐵住金所開發的高溫特用鈦合金為主,該特用鈦合金含有1% 的銅並減少氧含量,這個可耐熱加工之新合金被稱為「Super-TIX®10CU」(スーパータイエックス10CU)。

高效汽車由於燃料燃燒較完全,因此排氣溫度相當的高,因此,排氣系統材料的耐熱性相當的重要。由於日產GT-R 這個系列車種的排氣系統材料,以往是以不銹鋼為主,現在若以鈦合金取代之,也會有減輕重量的效果。

可耐熱加工之新合金「Super-TIX®10CU」除了有比較高的耐熱溫度與輕量化的優勢之外,還有一個很個人化的特殊性質,那就是引擎排氣的聲音,許多喜愛超跑的人士,特別偏好鈦合金排氣系統在引擎運作時所發出的轟轟聲響。

新日鐵住金的可耐熱加工之新合金「Super-TIX®10CU」同時也是世界首創將鈦加金材料應用在本田2017年所開發的摩托車越野賽專用車”CRF450R“ 的燃料箱系統模組中。鈦合金由於具有輕量化、耐腐蝕、抗高溫等特性,因此,本田才將此一材料導入燃料油箱系統模組之中。新日鐵住金與本田技術研究所更共同開發以壓鍛機成形與銲接方式共同開發出形狀複雜的鈦合金,由於比強度夠,因此有機會可以取代原本樹脂的材質。

豐田汽車所發展的燃料電池車“未來“(MIRAI )也開始導入鈦合金部件,其中燃料電池堆中氫氣與氧氣反應的燃料電池堆中的電極隔離膜,新日鐵住金則與豐田紡織共同開發。將經過壓鍛加工的鈦合金板加工並與高密度纖維共同控制氫氣的微細通道,提高燃料電池的發電效率。

自從有汽車產業以來,主要構裝的材料一直都是以鋼鐵材料為主,但近年來輕量化的議題發酵,使得鋁合金與鎂合金開始廣泛的導入汽車產業。鈦合金大約只有鐵的60%重量,但是卻有著比鋁合金高三倍的強度。汽車產業已經開始複合材料的組合革命,日本稱之為汽車產業Multi-material(複合多元材料組成)的時代已經來臨了。

鈦合金原先大量的被使用有航空機產業,鈦合金的年市場約6000億至1兆日元,其中航太市場約佔了一半,這個市場在往後的十年,將以每年5%的年成長率持續成長,而現在日本汽車產業又開始發展除了航太產業用鈦的另一個可能的汽車產業機會。神戶製鋼所最近開發出鈦合金與鋁合金共熔的新合金,名為”鈦鋁合金“,並開始將這個材料導入航太產業渦輪引擎的零組件。
鈦鋁合金的密度大約是4.2g/cm3,大約只是鎳合金的一半左右。由於航太產業渦輪引擎在運作中必需承受相當高的溫度,神戶製綱所所開發出的鈦合金與鋁合金共熔的新合金可以使用在1000℃的高溫環境中,這個溫度比單純的鈦合金或鋁合金的耐熱性都還要高很多。


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