1 概述

　　由于環保和節能的需要，汽車輕量化已經成為世界汽車發展的潮流。汽車輕量化就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。研究表明：

　　1） 汽車質量每減少100kg，可節省燃油0.3~0.5L/(100km）；

　　2） 減少CO2排放8~11g/ (100km）；

　　3） 加速能提升8%~10%；

　　4） 制動距離縮短2~7m。

　　汽車車身輕量化是汽車輕量化的重要環節，汽車車身輕量化途徑如下：

　　1） 輕量化材料應用：高強度鋼、鋁合金、非金屬材料等；

　　2） 優化結構設計：CAE/CAM/CAD一體化設計、模塊化設計等；

　　3） 先進工藝應用：熱成型、液壓成型、激光焊接、滾壓成型等。

　　其中輕量化材料的應用是目前汽車車身輕量化發展的主要方向。越來越多的車企都在積極研究使用輕量化材料來使汽車輕量化。

　　2 輕量化材料應用

　　2.1 塑料件的應用

　　塑料件在汽車上的應用曆史已達50年。塑料件早已成為汽車車身的重要組成部分，其原材料技術、成型技術早已非常成熟。為了減少噴漆很多塑料材料廠已開始開發帶顔色的塑料件。

　　2.2 高強鋼的應用

　　與普通強度鋼材相比，高強鋼具有更高的屈服強度和抗拉強度，因此，采用高強鋼替代普通鋼可以減小截面尺寸，節約鋼材用量，從而減輕車身重量。早在2007年歐洲白車身會議資料顯示，國外汽車高強鋼已得到廣泛而普遍的使用，舉例[1]如下表1：

　　表1 國外汽車高強鋼的應用實例

　　近幾年來國内自主品牌汽車車身也普遍采用了高強鋼，舉例如下：

　　表2 國内汽車高強鋼的應用實例

　　2.3 鋁合金的應用

　　鋁合金是汽車車身重要的輕量化材料，其強度高且質量輕，比重是鋼鐵的1/3，耐腐蝕性優越，經久耐用，更安全。鋁合金早已廣泛應用于汽車發動機系統、傳動系統、行走系統、鋁合金輪毂等零部件。國外各知名車企也都在紛紛研究、使用鋁合金來做汽車車身，但目前鋁合金還僅僅隻用在豪華跑車和轎車車身上，其标志性實例如下表3：

　　表3 國外汽車鋁合金的應用實例

　　其中最早大批量生産鋁車身的是奧迪，第二是捷豹。在2015年捷豹XF換代後其旗下所有車身都是鋁車身。目前車身使用鋁合金的還有寶馬5系長軸版，沃爾沃S90，雷克薩斯GS，英菲尼迪Q70L，奧迪A2、A3、A6、Q3等，BMW Z8、7系列，Volvo S80，Damler Clysler的S Klasse coupe、CLK、 E Klasse、Opel Vectra，Peugeot 307、607、Renault Laguna，Citroen C5等。

　　我國自主品牌汽車起步較晚，汽車車身鋁合金使用才剛剛開始，并僅僅用作于一些結構簡單的零件或簡單的車型，見表4：

　　表4 國内汽車鋁合金的應用實例

　　2.4 碳纖維增強複合材料（CRRP）

　　碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4。碳纖維樹脂複合材料（CFRP）抗拉強度一般都在3500MPa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000MPa，也比鋼的高。因此CFRP的應用也成了汽車輕量化的主要方向之一。

　　2000年後蘭博基裡、法拉利、柯尼塞格等豪華跑車相繼在車身或其零部件中使用了CFRP；2013年日本大阪車展上推出了一款“86 TRD Griffon concept”的概念車，該車身大量采用CFRP，包括前後包圍、寬體、車門、車頂等處都由CFRP制成；随後寶馬、奧迪在車身上開始大量使用CFRP，如下表5：

　　表5 國外汽車碳纖維增強複合材料的應用實例

　　而國内汽車車身CFRP應用還處于研究和設計階段。

　　3 塗裝技術對策

　　高強鋼的應用對現代塗裝技術影響不大。作為車身附件的塑料件及玻璃鋼件塗裝技術已經非常成熟。但鋁合金、CFRP、塑料、玻璃鋼材料等在車身上的使用對塗裝材料、工藝、設備等的要求發生了很大變化。

　　3.1 塗裝材料變化

　　由于普通鋼闆、鍍鋅闆與鋁合金化學性質及表面狀态不一樣，其前處理的技術也不盡相同。目前用于鋁合金及傳統鋼闆處理的前處理材料主要有改進的傳統磷化液、Henkel公司的锆鹽系材料和Chemetall公司的矽烷系材料。雖然我們已經擁有了成熟的适應鋁合金車身的前處理材料、工藝及配套的設備，但是對于全鋁車身或全鋼車身或鋼鋁混合車身單線或共線進行前處理時其前處理技術還是需要根據其鋼鋁混合比的不同來做相應的配方和工藝調整的。據悉，為了解決鋼鋁混合車身的前處理問題，Henkel公司研究出在傳統生産線上采用兩步式磷酸鹽處理金屬預處理工藝。即第一步：采用磷酸鋅對金屬進行處理；第二步：在鈍化工序對鋁合金材料進行處理。另外目前國内很多主機廠已經成立了鋼鋁混合車身前處理技術的相關課題組并展開了研究。

　　新的前處理技術在金屬表面形成的前處理膜特性和傳統的磷化處理的是不一樣的，主要是锆化膜、矽烷膜都很薄（磷化摸的1/20），相對于磷化膜的電阻較低，若使用傳統電泳漆則在相同工藝條件下車身内腔達到膜厚要求時外闆電泳漆膜厚度會超過工藝要求，從而引起成本上升。因此對于锆鹽和矽烷處理工藝一般都選用高泳透力的薄膜電泳漆。但薄膜電泳工藝的漆膜表面質量将更難控制。

　　傳統的适用于鋼闆和塑料件的專用底漆不完全适用于CFRP，根據CFRP工件表面特性，采用專用底漆可以起到适當封閉底材缺陷，提高整體塗層豐滿度、隔離性和耐久性的作用[2]。

　　3.2 塗裝工藝變化

　　CFRP的烘烤溫度不能超過120℃，因此該材料車身的塗裝工藝要設計時要特别注意，要麼使用低溫烘烤材料，要麼金屬部分和CFRP部分分别塗裝然後再裝配。輕量化将使多種輕量化材料包括高強鋼、鋁合金、塑料、玻璃鋼集于一台車身上，因此開發适應于這種車身的低成本高性能的低溫漆勢在必行。

　　汽車輕量化必然是由多種輕量化材料替代鋼材而形成多底材的車身，由于各底材材料的物理性能和熱穩定性不一樣緻使對塗裝影響很大，如塗裝烘烤過程中會發生不同的變形[3]，在塗裝工藝設計中需要充分考慮烘烤溫度、工裝、容器對其變形的影響。

　　CFRP、塑料的前處理包括表面的除油處理，即清洗表面的油污和脫模劑，以及表面的活化處理。而對于CFRP由于其表面粗糙，在噴漆之前還需加強對其表面進行打磨處理。

　　和傳統磷化相比鋁合金表面前處理的工藝流程也發生了相應的變化。鋁合金車身的锆鹽或矽烷前處理不需表調工序，可以減少電泳前的水洗工序，從而縮短生産線的長度。另外鋁合金車身的锆鹽或矽烷處理可在常溫下進行。

　　輕量化材料必然引起塗裝工藝變化，同時也會帶來設備上變化。因此在設備設計和選型時也要充分考慮設備的适應性和科學性。

　　4 結語

　　目前還在不斷開發新型的汽車車身輕量化材料，如鎂合金已經在汽車零部件的到了很好地應用，将來勢必也會用在車身上等，塗裝技術也應順勢而為，開發出适應不斷出現的新材料的塗裝材料和工藝技術；同時适用于多種輕量化底材的車身塗料及其大規模連續生産的塗裝工藝還不成熟，還需要繼續不斷的探索和研究。

　　[1]王智文，汽車輕量化技術發展現狀初探，汽車工藝與材料ATM，2009年第2期。

　　[2]王納新，廖大正，張馨月，環氧基碳纖維增強複合材料車身外覆蓋件塗裝工藝的研究，汽車工藝與材料ATM，2015年第10期。

　　[3]王錫春，李文剛，汽車輕量化與塗裝，上海塗料，2015年1月第53卷第1期。

　　作者：東風汽車公司技術中心制造工程部 李慶華

　　來源：第16屆車用塗料與塗裝技術論文集/車用平台

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