减重30%，成本降低40%！这些汽车轻量化材料太牛了！

2024-09-26 10:55:52 · 汽车产业前线观察

你知道什么是汽车轻量化吗？轻量化是汽车发展的大势所趋，轻量化能够降低汽车油耗、提升续航里程。各大汽车制造商纷纷加快轻量化改革，在汽车制造中寻求更为轻量的材料与工艺。汽车轻量化远期市场空间广阔，目前可以

你知道什么是汽车轻量化吗？

轻量化是汽车发展的大势所趋，轻量化能够降低汽车油耗、提升续航里程。各大汽车制造商纷纷加快轻量化改革，在汽车制造中寻求更为轻量的材料与工艺。

汽车轻量化远期市场空间广阔，目前可以通过三种方法来实现汽车轻量化：

（1）轻量化材料，如使用结构更轻的铝合金、高强度钢、镁合金、碳纤维复合材料对传统普通钢结构进行代替；

（2）轻量化设计，如通过开发全新的汽车架构实现轻量化，甚至优化、减少车身零部件数量等；

（3）轻量化工艺，如压铸一体化、热成型、激光拼焊板等工艺。

轻质新材料的应用是汽车实现轻量化的关键

为实现轻量化，世界各大汽车生产商和材料生产厂家一直致力于轻量化材料的研发，轻量化材料应用的多少已经成为衡量汽车生产技术和新材料开发水平的重要标准之一。

目前用于汽车轻量化的新材料主要分为金属材料和非金属材料。金属材料包括高强钢、铝合金、镁合金等。使用高强钢、铝合金、镁合金，车体重量可分别减轻15%～25%、40%～50%和55%～60%。目前，高强度钢主要被应用于汽车结构件、安全件、前后保险杠等部位；铝合金主要应用在车身结构材料的替换上；镁合金主要应用在零部件上。非金属材料包括碳纤维复合材料、改性塑料、热塑性弹性体、其他纤维增强材料。

铝合金

铝合金是最常用的汽车轻量化材料，未来汽车单车用量将持续增加。铝合金具有轻质、抗拉强度高、回收性好、耐腐蚀、可塑性强、工艺相对成熟等特点，材料密度显著低于高强度钢，成本及工艺难度优于镁合金和碳纤维，是现行技术工艺下最具性价比及可行性的轻量化材料。

根据中国汽车工程学会数据，2020年、2025年、2030年我国单车重量需较2015年分别减重10%、20%、35%，对应单车用铝量将达到190kg、250kg、350kg。

目前铝合金件在汽车中的应用已覆盖电池箱体、液冷板、汽车前后防撞梁、减震件、新能源汽车电器支架、CCB仪表盘支架等，部分车型为追求极致的轻量化效果甚至采用了全铝车身设计，如奥迪A8、R8、劳斯莱斯幻影、奔驰SLS、本田NSX、捷豹XFL、蔚来ES8等。

铝合金在不同车身部位的应用难度不同。其中防撞梁、发罩应用铝合金材料的门槛最低，其次为行李箱盖、翼子板及其它覆盖件，白车身本体包括B柱、纵梁等应用铝合金的难度最大，对设备成本、节拍、连接工艺质量控制等都有较高要求。

真空高压铸造是铝合金结构件主要制备工艺

特斯拉引领一体化压铸技术。特斯拉率先量产一体化压铸后地板。2020年9月22日，马斯克宣布特斯拉ModelY将采用一体式压铸后地板总成，开启了一体化压铸先河。后地板的零件数量比Model3减少79个，焊点由大约700-800个减少至50个，下车体总成重量降低30%，制造成本降低40%，制造时间由传统工艺的1-2小时缩减至3-5分钟。

镁合金

相比铝合金、高强钢，镁合金密度更小，具有高比强度、比刚度和良好的铸造性、抗震减噪能力，在轻量化和一体化压铸需求发展中前景广阔。

汽车领域，镁合金主要应用在零部件上，包括壳体类与支架类零部件，包括仪表盘支架、座椅支架、显示屏支架、中控支架、方向盘、转向件等部件。

在不考虑两种金属性质差异及加工技术难度的情况下，仅从合金用量及合金价格角度分析，若镁合金与铝合金的价格比低于1.3，汽车厂商将倾向于选择镁合金作为原材料以达到单个部件原料成本最低的目标。

镁合金市场状况

2021年，全球镁锭产量为95万吨，中国镁锭产量占比达到84%，占据全球绝大部分镁锭产量，是镁市场的价格制定者。

汽车领域是原镁及镁合金未来主要增长点。镁合金产品是原镁消费最具增长潜力的领域，目前约有70%应用于汽车制造，20%应用于3C产品，另外在航空航天及其他领域消费占比10%左右。

预计到2025年全球汽车领域对镁的需求量将达到112万吨。中国汽车单车用镁量较低，发展空间巨大。

镁合金汽车零部件企业

碳纤维

碳纤维复合材料（CFRP）的密度约为1.6g/cm³，不足钢密度的1/4，同时拥有优异的力学性能、环境耐候性、尺寸稳定性、可设计性、高吸能效率及减震性，主要应用于车身构件、刹车泵、轮毂、传动轴等部分。由于价格较高，目前主要应用在部分高端车型。

碳纤维复合材料因其材料性能优异但是成本高，最先在军工以及民航领域得到应用，根据赛奥碳纤维《2021年全球碳纤维复合材料市场报告》统计，2021年全球碳纤维的需求量为118千吨，风电叶片、航空航天以及体育休闲分别占28%、16%、14%，汽车占比8%。

2021年全球碳纤维的需求量为11.8万吨，对比2020年的10.69万吨，同比增长10.4%。预计2025年全球碳纤维需求量将达到20万吨。在汽车行业，采用碳纤维的车型越来越多，尤其是新能源汽车，其中电池盒（尤其是底盖），有望成为碳纤维的重大需求品种。

碳纤维产业链企业在产品布局上，中简科技产品主要集中在中游原丝和碳纤维环节，中复神鹰主要为上游原丝制备环节，吉林碳谷主要为大丝束原丝环节，恒神股份产业链布局相对较全，但其核心能力也主要在中游环节。

碳纤维材料在汽车工业领域的发展由高性能车逐渐走向大众汽车。20世纪50年代，世界汽车工业蓬勃发展，碳纤维布首次被用作F1的材料。80年代，碳纤维增强塑料开始在高性能豪华车中使用。进入21世纪，在宝马的引领下，碳纤维逐渐进入大众汽车领域。2014年，宝马在i3、i8纯电动汽车上大量使用碳纤维增强塑料；2015年7月，第六代宝马7系正式投产，采用碳纤维布生产车身材料，并与刚强度钢和铝完美贴合。

碳纤维在国产汽车行业尚处于起步阶段，材料成本高是碳纤维复合材料在汽车工业中大范围应用的主要障碍。2014年，奇瑞汽车与中科院宁波材料技术与工程研究所联合开发插电式混合动力汽车瑞泽7，2015年，江苏奥新全新研发的新能源汽车，之后北汽、长安、蔚来等车厂都先后研制开发了高比例CFRP的汽车，但是都处于样车或极少批量的层面。

根据我国汽车轻量化技术路线图及发展目标，到2025年，在2015年基础上进一步减重20%，对轻量化材料的使用也将逐步由高强度钢、铝合金逐步扩大至镁合金、碳纤维等，最终实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用。根据路线图，至2025年，碳纤维复合材料用量将占到车重的5%，市场规模接近600亿元。

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