目前的輕量化技術，主要是兩個方向，一個是在使用材料不變的情況下，對汽車結構和材料的加工工藝進行優(yōu)化設計；一個則是尋找能夠滿足使用要求的更輕的材料。

　　在使用新型材料上，喬治費歇爾集團總裁和CEO Yves Serra提出了以規(guī)模經(jīng)濟為標準的新型材料選擇策略，判斷任何材料能否成為汽車輕量化的主流材質(zhì)的最終標準是：能否以可承受的成本進行大規(guī)模生產(chǎn)。

　　正是這一條標準，限制了一些在輕量化上頗有潛力的材料的應用。不過，迎難而上是汽車工程師們的美好品德之一，這不，就有兩種材料被突破了以往的限制，離大規(guī)模生產(chǎn)這個目標又邁進了一大步。

　　最后的輕金屬鎂

　　這個小標題借用于日經(jīng)技術在線。筆者在為這篇文章準備資料時，看到了日經(jīng)技術在線的相關文章，自覺想不出比這個更貼切的形容詞了。

　　更高強度的鋼、鋁乃至碳纖維都是現(xiàn)在人們耳熟能詳?shù)妮p量化材料了。應該還有人記得初中時背過的元素周期表，在自然界中，鎂的質(zhì)量比鋁更輕，而在它之前的三種金屬元素鋰、鈹和鈉，則因為強度、化學活性等原因在其他領域發(fā)揮著光和熱，也會作為鎂、鋁合金的一種組成成分，但一直也不是主要成分，因此用”最后的輕金屬”來形容鎂是再合適不過了。

　　在重量上，鎂只有鋼的四分之一、鋁的三分之二。相反的，在成本上，鎂比鋼要多出四分之三，比鋁也要多出三分之一。而且，鎂具有易燃性，其制造過程并不太環(huán)保，在加工成型上也非常艱難。

　　所以鎂不僅占據(jù)著天然優(yōu)勢，也有著天然的劣勢。這些劣勢讓它離著”以可承受的成本進行大規(guī)模量產(chǎn)”這個標準十分遙遠，因此在普及程度上非常有限。

　　但，需求決定一切，在看到輕量化在節(jié)能減排上的巨大潛力，而鋁合金已經(jīng)不能滿足日益變態(tài)的法規(guī)規(guī)定了，汽車制造商們都不約而同地把目光轉(zhuǎn)向了鎂，并且得到了政府的大力支持。

　　據(jù)Ward Auto報道，美國能源部先進研究計劃署給汽車輕量化技術資助了3200萬美金，其中主要的研發(fā)方向就是鎂的使用。

　　目前，世界范圍內(nèi)使用的大部分的鎂都是從國內(nèi)出口的。對于美國、德國、日本這樣的汽車工業(yè)大頭來說，由于進口稅的存在，讓鎂的價格進一步增加。國內(nèi)都是通過燒煤來提取鎂，對環(huán)境的污染十分嚴重；美國產(chǎn)鎂量最大的猶他州，是通過電解大鹽湖中的熔融鹽來提取鎂，制造過程中的能耗非常大。

　　于是，如何讓鎂的提取過程不再對環(huán)境和能源造成負擔是擺在汽車制造商們眼前的關鍵問題。美國能源部給出的3200萬美金中，就有一筆專門的資金是給太平洋國家實驗室(PNNL)用于研究能否從海水中提取鎂元素的。據(jù)PNNL估計，從海水中提取鎂所需要的能量遠遠低于電解熔融鹽的能耗，如果研究能夠成功，將把生產(chǎn)效率提高50%。

　　美國的科羅拉多大學還設計了一種新的提取方法，用太陽能來取代一部分的能量供給。

　　日本和韓國在鎂的研發(fā)上也取得了革命性的進展。據(jù)日經(jīng)技術在線報道，日本已經(jīng)研制出KUMADAI不燃鎂合金，不僅解決了鎂的易燃性問題，在加工方法上也有了進步。韓國政府打算在8年內(nèi)投資約14億元人民幣進行相關研究，并也建立了鎂板材的量產(chǎn)體系。

　　技術上動向表明鎂離低成本量產(chǎn)的距離越來越小了，那么，當鎂合金成功被低成本量產(chǎn)時，能有哪些應用呢？

　　以鎂合金為材料的汽車結構件

　　其實非常廣泛。實際上，在汽車制造商的計劃里，到2020年，在車身結構上會使用平均160公斤的鎂合金，大概占據(jù)了車身總重的十分之一，主要會應用在后備箱的面板或者座椅框架等部位?，F(xiàn)在也有部分車型開始使用鎂合金，大眾的XL1，在加強梁和碰撞能量吸收結構，寶馬也在旗下的部分發(fā)動機型號上使用了鎂合金。特別的，在燃料電池方面，鎂還能作為儲存和運輸氫氣的材料得到運用。

　　除了成本和加工問題之外，鎂要想廣泛使用在汽車的結構件上，還需要解決其韌性較低、容易斷裂的問題。福特等汽車廠商已經(jīng)開始了這方面的研究。福特認為，如果鎂能夠在車身結構上大面積地使用，至少能夠讓車輛的重量降低20%。

　　在可預見的未來里，鎂在成本上的競爭力可能永遠也比不過鋼。這也就意味著以后最有可能看到鎂的應用的車型應該會是豪華車、跑車和高端的SUV了，對于這些車型來說，價格從來就不是問題。而且，它們還將因輕量化而在操控性、舒適性、動力性能以及燃油效率這些方面等到提升，更好地成就其名。

　　植物纖維與聚合物的聯(lián)姻

　　另外一個輕量化的重要材料就是碳纖維。寶馬經(jīng)過十幾年的技術鉆研，利用可再生能源和更便捷的方法進行碳纖維的加工制造，成為了第一個在大規(guī)模量產(chǎn)車型上大面積使用碳纖維的汽車制造商。不過，即便如此，碳纖維目前還是土豪專屬材料。大部分的汽車廠商還是把主意打到了其他的復合材料上。

　　福特與主營林產(chǎn)品和紙品的惠好、汽車零部件供應商江森自控有一個為期三年的合作項目：創(chuàng)造一種以從木材上提取出的植物纖維為基礎、可再生的、能取代現(xiàn)在汽車配件上玻璃纖維的材料?，F(xiàn)在，這項研究已經(jīng)有了結果。

　　在2014款的林肯MKX上，將會用這種新型材料制成其中央控制臺下地板的材料。這種新型材料被稱為Cellulose Reinforced Polypropylene，即纖維增強聚丙烯(以下簡稱CRP)，是植物纖維與聚丙烯的復合材料。

　　由CRF制成的面板在重量上輕了6%，它的成功研制減小了業(yè)內(nèi)對于不怎么環(huán)保的玻璃纖維的依賴。福特的塑料技術研究專家Ellen Lee博士認為，雖然目前CRF材料在汽車上的應用還只是非常小的一部分，但是卻具有大面積使用的潛力。具體可參照福特工程師們對大豆基泡沫塑料的成功研發(fā)和使用，一開始也是小范圍的，但隨著材料性能的提升，最終成為內(nèi)飾中的重要材料之一。

　　與大豆基泡沫塑料不同的是，CRP材料不僅能用在內(nèi)飾上，在車身結構上同樣能夠使用。Lee博士總結了一下CRP材料未來可能的應用范圍：

　　1.在發(fā)動機罩下，可以通過吹制成型的方法，將其制成蓄電池的保護外殼和支架、進氣系統(tǒng)中的空氣罐、汽濾油濾等瓶瓶罐罐的支架以及散熱風扇的外罩等；

　　2.備胎固定裝置的安裝組件，墊圈或者保險杠的支撐結構，車輪罩；

　　3.密封條的載體，放電鏈的絕緣環(huán)以及車內(nèi)電纜的外罩等；

　　4.內(nèi)飾上，車門、中央扶手和中央操控臺組件、車頂、空調(diào)出風口的擋片、座椅背和座椅框架、剎車和油門踏板、手套盒等等。

　　在越大的組件上使用CRP材料，它帶來的輕量化效果就越明顯。

　　在與惠好的合作中，福特發(fā)現(xiàn)以植物纖維為基礎的復合材料能夠很好地滿足汽車制造商們對于材料在剛性、壽命、耐熱性以及氣味上的迫切需求。除了能夠降低重量之外，與玻璃纖維相比，由CRP組成的組件的制造速度也能夠提高20%-40%，并且制造過程耗費的能量也有所減少。這些在重量和制造流程上的節(jié)省可以等效為降低制造成本。

　　在研發(fā)過程中，困擾著福特工程師們的難題之一是材料的外表。在CRP材料的外表面，能夠看到一些凸起的小顆粒。雖然這些顆粒不會影響材料的性能，但是這不會是林肯的客戶想要看到的東西。因此，以CRP為材料制成的第一個成品是車身底板，然后被泡沫塑料和蓋板覆蓋了。當然，在下一代的產(chǎn)品中，這個問題已經(jīng)得到了改進。

　　惠好公司對于CRP的稱呼有所不同，他們管它叫THRIVE復合材料。在惠好看來，CRP只是將植物纖維與聚丙烯進行合成的產(chǎn)物。之所以選擇聚丙烯是因為兩者在溶體流動指數(shù)上十分接近，更易進行合成。然而植物纖維與很多不同種類的聚合物的兼容性都非常好，惠好的下一計劃就是將合成物從聚丙烯擴展到一系列的碳氫化合物或非碳氫化合物的聚合物上。并借此，將這種復合材料的應用推行到其他行業(yè)和市場中。

　　為了提升材料的不同性能，惠好在兩種材料的合成比例上與福特也有所不同。在發(fā)現(xiàn)這一點后，福特就把在內(nèi)飾組件上具有相當強專業(yè)能力的江森自控拉入了合作團隊。

　　CRP中的植物纖維是從木漿中提取出來的，與玻璃纖維或者自然形成的纖維如大麻纖維、i3使用的洋麻纖維相比，有著無法比擬的優(yōu)勢。

　　植物纖維與玻璃纖維、自然形成纖維的優(yōu)勢比較

　　目前福特使用的CRP中植物纖維的比例為20%，福特也在為20%和40%比例的聚合物開拓在其他方面的應用。

　　從目前的技術發(fā)展來看，不論是鎂，還是CRP，都還沒有達到Yves Serra的規(guī)模經(jīng)濟的標準，這些技術上的突破和進步還不足以讓其成本降到可承受的范圍內(nèi)。這些實質(zhì)性的進展更重大的意義是為接下來的研究指出了一個明確的方向。羅馬不是一天建成的，技術也不可能一步到位，但是只要節(jié)能環(huán)保的大旗不倒，汽車制造商們對于極致性能的追求沒有被泯滅，就終會有實現(xiàn)的一天。