表1 新型WZL系列铸造铝合金的力学性能

表2  6XXX系WHS系列合金的力学性能

表3  魏桥新型高强高韧6XXX系合金在汽车上的应用

表4  WZL系列合金在汽车上的应用

在上海铝工业展展出的全铝汽车车身

汽车与铝

铝的商业化生产始于1888年，随后不久全铝车身汽车就面世了，并创造了世界陆地交通工具速度纪录（106公里/小时），但之后因为那个年代汽油价格低廉，加之当时社会环保意识不强，消费者对汽车轻量化要求也不高，铝在汽车中的应用就没有得到太多重视。到了1973年，这种观点发生了根本性变化，因为石油危机出现了，同时环保意识也突然被意识到了。为了节约能源，保护日益严峻的地球环境，铝合金便迅速重新进入了汽车工业。

从节能、减重、环保及安全出发，铝合金因密度小、比强度高、抗蚀性强、易加工成形等优点，在汽车上的用量不断提升。

通常，每使用1千克铝合金，汽车自身质量就下降2.25千克，车重每减轻1千克，每行驶100公里就可节省0.7千克汽油。美国铝业公司就钢体、铝体汽车在整个使用周期内（从制造下线到报废）的能耗进行了对比试验。结果表明，铝车的能耗比钢车的低25%。即使报废汽车的钢铁和铝合金不回收，当行程超过19万公里以后，铝车的经济效益就可以超过钢车，更不用说铝车减少CO2排放对环境保护的贡献了。汽车每年消耗大量能源，环境污染十分严峻，解决办法有两个：一是减轻车的自重；二是采用新能源车。铝合金新能源汽车具有一系列优点:铝合金材料有良好的可加工成形性能，易于加工制造汽车结构件，铝合金的抗蚀性高，在二三十年的使用期间，几乎没有化学性腐蚀，熔点也不高，便于回收重熔，重熔能耗仅相当于原铝提取能耗的3.5%~4.5%。2021年，全世界发达国家在汽车的铝合金中，再生铝合金约占85%；在中国用的汽车铝合金中，再生铝合金也占70%以上。新能源汽车是在不减少汽车容积的情况下减轻汽车自重，其车身重心降低，行驶更安全、乘坐更舒适。由于铝合金性能及车身构造特点，能充分吸收撞击能量。

20世纪80年代末,美国试验了一种结构件全用铝合金制备的轿车，车重仅有0.705吨,最大时速为185公里/小时，在城市街道中行驶油耗为23.8公里/升，在高速公路行驶油耗为34.4公里/升,以54公里/小时的速度迎面相撞，其后面的乘坐室也不会损坏。

铝合金不会燃烧，即使温度超过熔点，也只熔化为液态，不像镁合金那样即刻猛烈燃烧，发出白光。另外，铝合金新能源车采用整体空间框架，焊点少，只有25%~35%的结构件需点焊，加工工序大为减少，因而装配效率大幅提高，且生产成本下降。

汽车铝合金

就铝材的应用领域来说，铸造铝合金在汽车工业(建筑/结构除外)领域应用最多。2021年，全世界汽车工业铝消费量约为965万吨。汽车工业用的铝可分为铸造铝合金和加工铝材合金，铸造铝合金用得最多，几乎约占75%，加工材(板带材、挤压材、锻件、泡沫材、复合材)仅占25%左右。

在铸造铝合金中用得最多的是Al-Si系合金，约占85%~90%，用的合金主要是380、A319和A356合金。铸件为发动机零件：缸体、缸盖、摇臂、活塞、水泵、节温器座、机油泵壳、发动机支架、曲轴油封座、分电器支座等；传动系统：离合器壳、变速箱、连接过滤板、拨叉、传动箱后盖、传动箱、换挡端盖等;行走系统：上下臂、横梁、制动钳、转向机壳、制动总泵壳、车轮等。

铝合金在轿车上的应用有65%用在发动机上。铝合金制造发动机零件有两大优点：一是减重效果明显；二是铝合金的热导率比钢铁的高得多。铝车轮优点：减重、节能、耐蚀、美观。铝合金车轮的减重效果：铝合金车轮重5千克/只~6千克/只，钢车轮重7千克/只~9千克/只，每只车轮减重2千克~3千克，每辆车减重8千克~12千克。世界主要汽车生产国汽车铝合金铸件占铝合金铸件总产量的60%~80%。

加工铝合金

汽车用的铝合金板带材、挤压材、锻件、泡沫材和复合材等都是用变形铝合金加工的，铝合金空间框架由铝合金挤压件和内部焊接铝合金压铸接头经自动焊接形成。与传统的钢车身相比，铝合金车身约轻40%，力学性能也有所提高，零部件也少得多，减少了加工工序，提高了装配效率。

铝合金空间框架可用中等强度的铝材制造，板材可用5052、5251、5454、5182和6009合金。挤压型材只要是空心的即可，关键是轻薄化，适当的强度与其它材料易结合，结合部断面形状设计合理等。

热交换铝

在普通的燃油车上有大量热量需要向外散发，制造散热器、空调器、冷凝器和蒸发器等热交换零部件需用不少铝材，新能源汽车虽也有一定量的热量需要对外散发，但比传统汽车的少得多。

挤压材

轿车的防冲撞挡、油管、塑料件框架、发动机和车身托架、各种横梁、连接件、橡胶软管接头等都可以用挤压铝材制造。挤压铝材在传统汽车中的应用约占铝材总用量的7%，在新能源汽车中的应用约占15%。

锻件

锻件在汽车中的应用又“少”又“小”，“少”是指数量不多，即使把锻造车轮计算在内，也不超过16件，“小”是指每件的质量不大，锻轮是最大锻件，但锻轮很少，还不到车轮总数的1.2%。锻件在汽车结构件中起着很重要的作用，因为都是受力工件。

近期汽车铝材新进展

近年来，汽车铝材取得了不少新进展，尽管如此，但并没有出现有突破性进展的新合金，都是对原有合金成分与生产工艺做适当的改进与调整，使合金的性能有所改善与提高，且中国尚未出现性能有30%以上提高的新型铝合金。

泡沫铝合金及铝复合材料、喷射成形坯料加工材

对汽车工业来说，泡沫铝合金及复合铝材是一类新材料。泡沫铝合金材料工艺性能好，可进行切削、钻孔、弯曲成型与胶接，也可以钎焊和压焊。泡沫铝合金刚性大、耐高温、不可燃、回收再生性强、吸收冲击能力强、吸声性能好、抗压能力高、闭孔型的绝热能力强，而通孔型的则散热能力大。

对于铝复合材料除了要求高强度和耐磨性外，还要求有相当强度的铝合金及其它材料的良好替代者。目前，典型的铝基复合材料是AlB03，颗粒增强的6061、2014或7005变形铝合金和SiC颗粒增强的铸造铝合金(A356和357)。最具成本竞争力的合金是用常规铸锭冶金法生产的。

高硅过共晶型合金

Al-25Si-4Cu-Mg合金是一种过共晶型合金，具有密度小、热胀系数低、体积稳定性好和耐磨耐蚀性好、弹性模量高等特点，并具有一定的高温强度。作为高温、高负荷、高速滑动摩擦结构件耐磨材料，该合金广泛应用于汽车发动机、压缩机的活塞、转子、气缸衬套、进气门及气门座等。由于该合金的Si含量高达25%，采用常规熔铸制备工艺时存在初晶硅颗粒粗大、共晶硅呈针片状等问题。喷射成形作为一种快速凝固技术，已成为高硅含量铝合金材料的主要制备工艺之一。如德国PEAK公司采用喷射成形工艺生产的Al-25Si-4Cu-Mg合金气缸套已大量应用在奔驰、奥迪、宝马等高端汽车发动机中。该合金正在由南京航空航天大学马万太教授等研发。

山东魏桥轻量化基地系列汽车新合金

山东魏桥轻量化基地位于山东省邹平市经济技术开发区，由山东魏桥创业集团投资建设，是中国在建的最大的轻量化新能源汽车产业化基地之一。基地秉承“高起点、高科技、高附加值、绿色环保”的发展理念，联合中国科技大学、苏州大学、苏州奥杰公司、航桥科技锻造公司、广州和德公司等国内外研究机构和骨干生产企业，充分发挥高端技术和铝电一体化的产业优势，以新能源汽车用系列高强高韧合金新材料开发为核心，积极开拓交通运输用轻量化合金材料市场，并致力于汽车轻量化系统解决方案，与新能源汽车零部件、汽车配件、汽车制备等典型产品的深度融合，共同打造国内最先进、全流程的轻量化研发、试验、制造基地，未来还将扩展到轨道交通、海上工程等领域轻量化材料及零部件的研发，实现零部件制备和深加工产业化。

当前，山东魏桥轻量化基地具备从原铝、铝熔体到总成集成的全产业链、系统化的轻量化产业能力，实现了铝熔体不落地的产业模式，减少了加工环节，提高了成型效率并有效地降低了生产成本。

山东魏桥轻量化基地已形成完整的研发体系和研发团队，拥有230多位研发人员和近30多位国内外知名的顶级专家教授，涵盖了材料研发、工艺研究、零部件设计及整车设计、制备和试验等，以及成套的试验、检测设备、仪器等。

山东魏桥轻量化基地的研发人员根据汽车不同部位在实际使用工况中对于强度、疲劳性能、抗蚀性等性能，开发出了一系列新型高强韧变形铝合金(WHS系列)和新一代高强韧铸造铝合金(WZL系列)，其性能均比传统同类合金的高20%以上。

WZL系列高强韧铸造铝合金是传统Al-Si系铸造铝合金的优化，对传统合金化元素Mg、Cu的含量作了精细的调整，使合金元素含量配比恰到好处，发挥了合金元素的最大作用，同时采用了独特的晶粒细化方法，解决了Al-Si系铸造铝合金变质与细化不能同步进行的难题，实现了材料韧性的大幅提升。通过使用魏桥集团高品质原铝与先进的成形和热处理技术，实现了制备出WZL铸造合金车用结构件的性能比传统合金高20%以上的重大突破。WZL系列合金应用于铸造汽车底盘非碰撞安保件与车身框架。WZL系列铸造汽车件的性能见表1。

WHS系列新型高强韧变形铝合金是通过优化合金中主元素Mg、Si、Cu含量，调控不同析出相的种类与数量，实现材料性能与成型的精准调控，同时使用Mn、Cr、Zr等元素的微合金化，实现变形组织的靶向可控对性能的进一步提升与服役性能的大幅提升。通过使用魏桥集团高品质原铝、铝熔体，以及先进的成形和热处理技术，制得WHS合金车用结构件的性能比传统合金性能高20%以上，应用于汽车底盘非碰撞安保件和车身框架。

WHS系列车用新合金的力学性能见表2，它们的应用见表3，WZL系列铸造铝合金的应用见表4。

山东魏桥轻量化基地在研发高性能泡沫铝材方面也做了不少工作，成就不凡。他们采用变压泡工艺制备铝基泡沫材料，通过对泡沫铝施孔结构的主动控制，实现泡沫铝孔径的精确控制，以及实现泡沫铝构件的直接成型，并通过开发一次成型技术和夹芯板半连续制造技术，在增加产品附加值的同时降低生产成本，从而保持市场的竞争力。泡沫铝主要用于航空航天器、舰船、汽车、地铁、建筑等行业，作缓冲、隔声和吸声材料，市场前景广阔，经济和社会效益显著。

铝基泡沫材料的特性如下：0.25g/cm3~0.8g/cm3超低密度，为铝密度的0.1倍~0.4倍;其抗弯比刚度为钢的1.5倍;高吸能性，具有2MPa~10 MPa的吸能平台，电阻率为纯铝的100倍；吸声系数>0.9，降噪系数0.5；机械震动降低2个数量级，阻尼性能为铝的5~10倍；爆炸冲击波呈指数衰减。能量吸收能力3J/cm3~61J/cm3；电磁波频率为2.6GHz~18 GHz时，泡沫铝的电磁屏蔽量可达60dB~90dB，可使电磁干扰降低60%。

山东魏桥轻量化产业现已拥有4大基地：邹平基地、滨州基地、华东基地、华中基地；拥有各种产品总产能：锻件300万件/年，铸件1700万件/年，型材20万吨/年，冲压50万套/年，车身及总成件100万台件/年，泡沫铝3万m3/年。

中铝新材料有限公司总部落户无锡

中铝新材料有限公司由中国铝业股份有限公司整合旗下约30家企业，于2022年8月11日成立，总部落户无锡，总资产规模190亿元，主要聚焦事关发展全局和国家安全的基础核心领域，持续推进高纯Al2O3及铸造金属部件(CMP)精密抛光、氧化铝气凝胶、5G射频芯片用镁铝等尖晶石等技术产品科技研发及产业化。未来三五年，每年研发投入将达4%以上，专精特新产品占比每年提高10%，公司将发展成为产业布局完整、研产销高度融合，涵盖生产经营、基础研究、应用评价、装备研发、新产业孵化、国际合作等功能的现代化企业。

新疆众和6N级以上超高纯铝

2022年2月17日，新疆众和股份有限公司对外公布6N(99.9999%)级以上超高纯铝研发成功，填补了国内空白。6N级以上超高纯铝研发成功为中国高端半导体生产技术的发展提供了稳定的超高纯铝材料，实现了超高纯铝提纯技术的历史性突破。

南山铝业一种含Sc的Al-Cu合金获中国专利

据2022年4月7日媒体报道，南山铝业股份有限公司自主研发设计的“一种含Sc的Al-Cu系耐热铝合金及其制备方法”荣获国家发明专利。南山铝业专注于铝及铝合金新工艺、新技术、新材料和新装备的研发，其专利发明数量、质量占比稳步上升，有效推动了企业的研发创新，增强了企业的综合竞争力。

西南铝大型铝合金异形环件开发及产业化项目通过验收

2022年4月20日，重庆市科技局委托重庆生产力中心组织专家组，对西南铝业(集团)有限责任公司承担的“技术创新与应用发展(重点研发产业类)”项目“大型高性能铝合金异形环件开发及产业化”进行了验收，顺利通过了验收。

有研金属复材技术有限公司高导热石墨铝复合材料建设完成

有研金属复材技术有限公司主要从事有色金属复合材料、大直径铝合金细晶均质铸锭、铝合金固态成型、特种塑性加工、金属增材制造技术和铝合金半固态成型技术研究，且处于行业领先地位，研发人员占比超过50%，是一家以市场需求为导向的科技创新型公司。

有研金属复材技术有限公司高导热石墨铝复合金同时具备新材料、新工艺、新装备“三新”特色的原创性材料，该项目于2022年8月29日完成建设。

储氢用铝合金新材料

山东能源轻合金公司于2022年3月成功研发出储氢大规格高精度铝合金型材，具有重容比小、单位质量氢密度高等优点，有效地破解了氢能存储应用的技术瓶颈，达到国内领先水平。该产品应用于氢燃料电池车载高压储氢系统，满足了高表面质量、高尺寸精度的技术要求。

耐损伤的铝-锂合金

中国专利CN201010520987.1合金是一种耐损伤的Al-Li合金，其质量分数（%）：Cu2.8~4.0, Li0.8~1.9，Mn0.20~0.60，Zn0.20~0.80，Zr0.04~0.20，Mg0.20~0.80，Ag0.1~0.7，Si≤0.10，Fe≤0.10，Ti0.12，其它杂质单个≤0.05、总量≤0.15，其余为Al。该合金适于制造薄板，可用于航空航天、核工业、交通运输、体育器材、兵器等领域的结构元件。

西北工业大学的高强韧增材制造铝合金

2022年3月，西北工业大学金属高性能增材制造研究团队与比利时荷语鲁汶大学制备出一种适用于L-PBF技术的新型Zr/Sc/Hf改性Al-Mn-Mg合金，具有中等的加工硬化能力、良好的强度和韧性匹配性，有良好的L-PBF加工性能，又不存在凝固裂纹或明显气孔，同时，兼具高强度和延展性，以及中等的加工硬化能力。

高强高塑的6005C合金

据2022年9月媒体报道，兴发铝业集团研究院的工业铝开发团队通过优化设计成分和精细调控生产工艺，成功开发出高强度、高塑性的6005C新合金，攻克了强度相与塑性相互制约难题，实现了强度与塑性的同步大幅度提高。6005C的抗拉强度≥340MPa，屈服强度≥315 MPa，伸长率≥15%，韦氏硬度≥15.5HW。与目前常用的6005、6005A合金相比，强度提高了20%，塑性提高了40%。值得一提的是，6005C合金的综合性能不仅显著高于目前常用的6005、6005A合金，也高于目前常用的6061、6082铝合金，且生产成本可控，具有很强的市场竞争力，可在新能源汽车、轨道车辆、电子电器、机械装备等领域获得应用。

无独有偶，美国奥科宁克(Arconic)铝业公司于2020年研发成功一种牌号为A210 ExtruStrongTM的6XXX系合金，用于制造汽车碰撞结构件，它的强度性能比同类型现有合金高40%，同时，还有高的抗蚀性能与良好的样机氧化性能，其他抗疲劳性能比其他合金约高30%，该合金还可应用于其他工业部门。