上一篇文章我給大家科普了一下汽車所使用的鋼鐵，讓大家知道鋼鐵并不是低端廉價的代名詞，它也是高端大氣上檔次的。但是更多的人還是喜歡鋁，覺得鋁更高級，聽說汽車是用鋁做的就走不動道。今天老侯就來給大家扒一扒這個鋁究竟高級在何處。

說起鋁，請六零後七零後出來走兩步。你是否記得，小時候家裡遍地都是鋁制品，鋁鍋鋁碗鋁馬勺，鋁盆鋁匙鋁飯盒，甚至電線、電纜都是鋁制的。鋁制品占據了我們生活的大部分，是不可或缺的日用品。後來，科學研究發現，人體内鋁含量過高，會增加患老年癡呆的風險，所以人們就就逐漸用鋼鐵和塑料代替鋁來制作生活用品了，鋁更多地應用到工業生産中去了。

鋁，元素周期表第13号元素，相對原子量27，鋁原子最外層有三個自由電子，化學性質活潑，可以與多種酸、堿發生化學反應。鋁元素在地殼中的含量僅次于氧和矽，居第三位，約占地殼構成物質的8%以上，是地殼中含量最豐富的金屬元素。純鋁是一種銀白色輕金屬，相對密度2.7 g/cm³，熔點660℃。沸點2327℃。質軟，延展性好，可制成薄于0.01 mm的鋁箔，還可制成鋁絲、鋁條，并能軋制成各種鋁制品。

鋁還有良好的導電性，它的導電性僅次于銀、銅和金，約為銅的2/3。但是鋁的密度很低，隻有銅的1/3，而銀和金都是貴金屬，不能大規模用于工業用電。所以鋁在電器制造工業、電線電纜工業和無線電工業中有廣泛的用途。此外，鋁還是熱的良導體，它的導熱能力比鐵大3倍，工業上可用鋁制造各種熱交換器、散熱材料和炊具等。鋁還有良好的吸音性能及音響效果，所以廣播室、現代化大型建築室内的天花闆等也采用鋁。鋁還有一個重要特性就是耐低溫，在-183～-253°C下不冷脆，溫度降低強度反而增加，甚至可在液氫和液氧環境下工作，因此它是理想的低溫材料，大規模應用在冷藏庫、冷凍庫、南極雪上車輛等。

此外，鋁還有一個特殊的優勢，就是在空氣中不容易腐蝕。這一點大家一定非常奇怪，鋁是活潑金屬，怎麼還不容易被腐蝕呢？就連鐵在空氣中都會生鏽啊？

這一點與鋁的化學性質有關。鋁是非常活潑的，它即使在幹燥的空氣中，也會與空氣中的氧氣立即發生化學反應，在鋁的表面立即形成一層三氧化二鋁氧化膜。這層氧化膜雖然很薄，隻有幾納米的厚度，但是化學性質卻非常穩定，結構緻密，可以阻止氧氣和水繼續進入，進而阻止了腐蝕的進一步進行。所以，鋁在空氣中反而是非常穩定的。正因為如此，所以在工業中經常用鋁來制造化學反應器、醫療器械、冷凍裝置、石油精煉裝置、石油和天然氣管道等。此外，用鋁制作的車身，也可以使用更長的時間而不腐蝕。

鋁金屬晶體是面心立方結構，所以本身質地較軟，強度較低，不适合大規模在工業生産中應用。但是在純鋁中加入某些金屬元素，比如銅、矽、鎂、鋅、錳、鎳、鐵、钛、鉻、锂等，組成鋁合金，如硬鋁、超硬鋁、防鏽鋁、鑄鋁等。這些鋁合金通過适當的熱處理，可以大幅度的提高它的機械性能，在保持純鋁質輕優點的同時，還具有較高的機械強度，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面。時至今日，鋁及鋁合金已經成為工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，産量和用量僅次于鋼材，成為人類應用的第二大金屬。

需要指出的是：中國是鋁的應用大國，鋁産量高居世界首位。很多國外用銅制作的物品，在中國都是用鋁或者鋼來制作的，比如電纜、zidan等。這主要是因為，中國是一個少銅的國家，銅礦儲量極為有限，每年都需要進口大量的銅礦，并且很容易被卡脖子，所以隻能用鋁來代替。但是鋁的開采及冶煉都是高耗能、高污染的行業，電解鋁需要消耗大量的電能，近幾年受節能減排的限制，鋁行業受到了較大的制約。而銅是一個持續看好的行業，大家可以适當關注一下。

下面來說說鋁在汽車上的應用。

汽車是一個高速移動的運輸工具，把人或者貨物從一個地方移動到另一個地方。汽車行駛的道路複雜多變，承受的載荷非常大。所以，汽車要有較高的強度以及剛性。鋼鐵恰恰能滿足這些需求，所以長期以來鋼鐵是制造汽車最主要的原材料。而鋁及其合金，不論是在強度、剛性、硬度、韌性、彈性等各方面機械性能都遠不如鋼鐵，為什麼這汽車上應用越來越多呢？

其中最主要的原因就是汽車的輕量化趨勢。

進入21世紀以來，能源危機與大氣污染成為一個世界性的問題。汽車作為主要的能源消耗者和大氣污染物排放者，降低能源消耗與污染物排放刻不容緩。那麼如何降低這些指标呢？

最直接、最有效的方法，就是降低汽車重量，即汽車輕量化。有關數據表明，汽車重量每減少50kg，每升燃油行駛的距離可增加2km；汽車重量每減輕1%，燃油消耗下降0.6%～1%。所以，近些年來，同等尺寸的車型，重量是逐漸減輕的。

汽車輕量化的主要措施，一方面是采用更合理的結構，精準使用每一克材料，用更少的材料實現更高的強度；另一方面就是使用更輕的材料，鋁及其合金就是這種措施最主要的方法。

由于鋁合金的密度隻有鐵的三分之一，而比強度并不低，所以使用鋁合金可以大大降低汽車的重量。有資料表明，用鋁合金結構代替傳統鋼結構，可使汽車質量減輕30%～40%；用鋁合金制造的發動機，比鋼鐵制造的發動機重量減輕30%；鋁合金輪圈比鋼制輪圈重量減輕40%-50%；如采用鋁合金覆蓋件，可使整車減重10%-15%，等等。比如，奧迪A8的整個車身均采用鋁材制造，框架采用立體框架式結構，覆蓋件為鋁闆沖壓而成。這種鋁車身與鋼車身相比，質量減輕30-50%，油耗減低5-8%，節能效果非常明顯。

所以，鋁及其合金在汽車上已經大範圍應用。現代汽車的發動機氣缸體、氣缸蓋、活塞、機油泵、水泵、配氣機構、油底殼、水箱，以及離合器殼體、變速箱殼體、後橋殼體、轉向器殼體、懸架、車輪、車身闆及裝飾部件等，都使用鋁合金制造。下面是一個鋁材代替鑄鐵和鋼材零件的質量對比表格，從表中可知，汽車每使用1 kg鋁，可減輕自重2.25 kg，減重效應高達125%，在汽車整個使用壽命周期内可減少廢氣排放20 kg。所以，采用鋁合金是汽車輕量化及環保、節能、提速和運輸高效的重要途徑之一。

大家最關心的，其實是汽車上的這幾個部位：發動機，懸架系統，車輪，車門，車架。

現代絕大多數的乘用車，發動機都是鋁合金制作的，這種鋁發動機與鑄鐵發動機相比，除了重量更輕之外，散熱性也會更好一些。不過，除了這些優點之外，在其它方面就不如鑄鐵發動機了，比如耐熱性、缸體的強度、可修複性、耐用性、超負荷能力等。所以，某些車型仍然堅持使用鑄鐵發動機也不是沒有道理的。此外，柴油機由于負荷大，幾乎都是鑄鐵缸體。另外大家還要明确一點，就是所謂的全鋁發動機，隻有缸體缸蓋是鋁的，并不是說發動機中所有的零部件都是鋁的，主要的運動受力部件還是鋼鐵制作的。

懸架系統是否是鋁的，也是大家關注的熱點之一。高端汽車的懸架系統，上下支臂、輪毂、轉向節等，都使用鋁合金制作。使用鋁合金最主要的目的是減重，降低簧下質量，可以有效的提高汽車的操控性能，提高汽車的行駛質感。不過鋁強度不如鋼鐵，所以用鋁合金制作的懸架系統，體積會比較大，增加汽車懸架系統布置的難度，同時鋁合金韌性不如鋼鐵，在遇到較大的沖擊時容易脆裂。對于普通的家用車來說，使用普通的鋼鐵懸架系統也足以滿足使用需求，刻意地去追求鋁合金懸架可能會付出更多的代價。簡單來說就是使用鋁更好，如果不用也無可厚非。

而車輪幾乎都是鋁合金的了。現代汽車輪圈鋁合金化超過了90%，隻有一些特殊車型仍在使用鐵質輪圈。鋁合金輪圈重量輕、散熱好、外觀造型多樣、更漂亮，所以受到大家的青睐。鋁合金輪圈分為鍛造和鑄造兩種，鍛造的材質更密實，強度更高，一般應用于高端車型以及某些特殊需求的運動車型上；而鑄造輪圈相對差一些，應用在普通的家用車上，也足夠用了。鋁合金輪圈最大的缺點是不耐撞，受到較大的沖擊很容易碎裂，這一點大家一定要注意。

車門和車架如果都是鋁做的，就可以稱為全鋁車身了。現在采用全鋁車身的車型并不多，隻有奧迪A8、捷豹、蔚來、特斯拉、路虎等幾款車型，大多數的車型仍然采用鋼制或者鋼鋁混合車身。有些人就質疑說，既然大家都認為全鋁車身更好，為什麼豪車不都使用全鋁車身呢？畢竟豪車對成本不是那麼敏感。

其實，全鋁車身看起來很美好，但是在實際使用中并沒有那麼愉悅。首先全鋁車身安全性不如鋼制車身，這對于豪車來說，是緻命的缺陷；其次是全鋁車身制造困難，由于鋁并不像鋼鐵那樣容易焊接，所以鋁車身很多都是用膠粘或者鉚接的，工藝極為複雜；第三是全鋁車身後期維修困難，鋁的修複性并不好，發生事故後一般隻能更換，很難維修，如果車架部位受損了，鋼制車身可以钣金修複，而鋁合金車身幾乎無法修複，隻能報廢處理了。而特斯拉下一步要使用鑄造鋁合金車身，這就更吓人了，車身受到較大的碰撞，連修複的機會都沒有，直接就報廢了。所以，全鋁車身在後期使用過程中是不省心的，維修成本特别高昂。當年的奔馳鋁換鋼事件，個人的觀點來看，不一定是車企要簡配降成本，更多的也是從中國的國情出發，降低後期的使用維修成本。

還有一個大家非常關注的焦點問題，那就是前後防撞鋼梁。如果某個車型的防撞鋼梁是鋁合金的，大家就說這家車企真厚道，真講良心。其實鋁合金防撞鋼梁與鋼制防撞鋼梁在作用上沒有差别，使用效果也并不比鋼制的好，隻是大家都喜歡，所以車企就給用上了。其實防撞鋼梁可以看做是車身的一部分，

洋洋灑灑寫了很多，最後總結一下：鋁在汽車上大規模的應用，主要是汽車輕量化的要求。在目前的工業水平下，鋁及其合金各方面都不如鋼鐵，并且加工工藝複雜。我相信，如果沒有輕量化，沒有哪個汽車工程師與願意用這玩意造汽車。鋁并不高級，它隻是目前汽車輕量化的最優選擇而已。如果有更輕、機械性能更好的材料來代替它，比如碳纖維等，它很快就會沒落的。

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