南方科技大學講座教授、國家“千人計劃”特聘專家 朱強

南方科技大學大家可能不太了解，只有不到7年的時間，這個大學是公立的，深圳市政府出的錢，計劃大學8000個學生，800個老師，1/3是“千人計劃”，這個學校更多的是摻雜了國際性大學，國際化走的最前沿的一個大學。

我一生當中拿到證書的，最激動的證書不是拿到博士職位，是拿到駕駛執(zhí)照，90年代的時候拿到汽車執(zhí)照非常的激動，人家一看剛出國沒有幾年怎么就買車了。后來我到德國做博士學位的時候，專門跟奧迪做鋁合金開發(fā)，A8，當時專門做這個，到英國工作的時候做汽車板材的雜志，到了汽車企業(yè)，做柴油發(fā)動機的，我在那兒工作8年，專門做柴油發(fā)動機方面的，我本人做材料的，對汽車的熱愛，如果沒有做汽車的人，我會說很懂汽車，特別是發(fā)動機，在這兒不敢說了，因為我做材料的。曾經自認為我在汽車行業(yè)里面是最懂材料的之一。從另外方面里面來說我是最懂發(fā)動機材料的專家之一，都做的不好，往別人不懂的地方跨。

今天是我的一些體會，汽車里面材料的發(fā)展，這個不多講了，各位都比我清楚，為什么要做輕量化?主要是汽車的發(fā)展和汽車節(jié)能減排的重要性，節(jié)能減排各位專家已經說了，節(jié)能對于國家安全的問題，不單單排放，對國家安全的問題，石油如果超過50%進口，超過了國家的警戒線，目前為止大概60%都是石油進口，今天石油用的越來越多，是國家戰(zhàn)略的問題，必須節(jié)能。減排不用說了，很多人談到排放，我在康明斯的時候做了O4、O5、O6，做了很多的工作。

各種節(jié)能減排的方法，有一個公式，關于節(jié)能減排從幾個方面考慮:

滾動阻力;坡度阻力;加速阻力;空氣阻力，不同的阻力當中有三個跟質量有關系，質量越輕越節(jié)能，節(jié)能潛在的比較，最有效的是汽車輕量化，因為汽車輕量化不單可以節(jié)能減排，還可以帶來一些其他的優(yōu)勢，我做報告的時候也說這個問題，我采取的數據對我有利的，可能別人有別人的數據，無論如何節(jié)能減排是非常有效的辦法。

總結了一下國際上不同車的體驗，降低排放所能夠達到的百分比以及跟它們減重目標的關系，節(jié)能減排的輕量化有三個技術，一個用什么材料，用鋁合金來取代鋼，大概降了60%左右。用什么材料是一個很有效的辦法。

第二，怎么樣來制造技術?同樣的材料可以用好的制造技術減輕重量，比如說給一些細節(jié)，用什么材料，整個輕量化的技術，比如說連接技術等。

第三，結構優(yōu)化怎么做?今天主要給大家匯報很小的一塊，怎么用鋁合金?輕量化結構設計這一塊，我們主要做3D打印，3D打印現在在汽車上用的比較慢，主要有兩個原因，汽車大批量生產，3D打印更適合于個性化，3D打印可能對質量控制的穩(wěn)定性，可能現在還有一些問題，在汽車上用的不多，在飛機航空上用的很多。3D打印為什么有好處呢?不是今天講的重點，它可以實現自由設計，因為我們的汽車制造，從空氣動力學來說有很多理念想實現，但是從力學和材料角度來說實現不了，因為我做不出來。3D打印可以實現你想要的設計理念，從這個角度來說它很有前途的。

目前為止汽車主要還是用了鋼，對于汽車來說有兩個，一個是強度，大家經常談到強度，實際上在汽車里面一些結構件，不單單是強度的問題，還要它的壽命問題，西方國家做的高一些，我記得在英國做IF鋼的時候，當時中國做不了，現在我們寶鋼等很多企業(yè)都可以做了，中國鋼的發(fā)展技術非?？?，得到很多好的成果。

另外一個比較是高強鋼，高強鋼已經占到50%以上，現在輕量化一個很關鍵的地方，我怎么樣用好的鋼，用超級鋼，用超強鋼，剛才我們認為，我們國家的產量我們知道的最多，說一個笑話，全世界鋼產量最高的地方是中國，50%左右。第二個是什么地方?河北，第三個在哪兒?在唐山，第四第五大概第七左右，我們知道是哪兒嗎?是河北瞞報鋼的產量，我回國以后在科技部當專家，專門抓了一個高品質特種鋼的專項，有50多個億，很多高級的鋼我們國家生產不了，還是要進口，汽車上的鋼材總體來說不是很高級，很多鋼材還是進口的。鋼材的研究角度來說，還有很大一塊東西，我們國家有創(chuàng)新中心，北京科技大學有一個鋼材創(chuàng)新中心。越往后越用高強鋼，強度高了以后可以做更薄，或者更小了，重量減輕了。

我1990年做博士學位開始，就開始做汽車里面的鋁合金，在歐洲用起來比較早，大批量用還是近幾年，特別是95年以后，2005年以后增加，中國跟西方歐美國家相比，我們有一定的比重，有數據顯示中國車里面的鋁含量和歐美國家差不多了，鋁合金用的越來越多，現在的鋁合金主要還是用在一些非關鍵部件上，不能說是高級車，捷豹路虎，還有奧迪A8等等，他們差不多也是100%，或者是大部分用鋁合金了。其他的大部分車用的鋁合金，總體來說用在一些非關鍵件上。奧迪A8用的非常多了，大部分用鋁合金了。

結構件，一個是覆蓋件，鋁板非常大，車用的不多，結構件用的越來越多，不同的鋁合金，比如說5系和6系的合金，鍛造、擠壓、鑄造，它們有各自的特點，這是一個電動大巴，在很多地方用鋁合金，實際上這也是發(fā)展趨勢，鋁合金用的越來越多，從左邊，我們往右走，鋁合金越來越取代于一些關鍵的結構件。

鎂合金實際上也是用的越來越多，鎂合金用的原因，一個中國的產量特別大，中國在全世界最大的產量，中國對鎂合金研究的特別多，特別是在前10幾年的時候，有一些不可克服的缺點，鎂合金逐漸的增加用量，現在用量總體來說沒有這么多。它有一個最大的好處就是輕，比重更低，只有1.7幾，還有一些其他的優(yōu)點。它的抗腐蝕性很差，汽車輪轂在鎂合金當中，輪轂是用的，常用的車不敢用，一旦哪天破損以后腐蝕很厲害。整個制造工藝困難，合金很少，制造的工藝也很少，現在用的最多就是車的方向盤，全世界只有一家還做鋁合金的，基本上都做鎂合金的。座椅現在用的也非常多，很多地方用鎂合金的座椅。

我們做一些項目，這些都是公開的，我們主要是做鋁合金這一塊，跟東風合作。

鎂合金有各種各樣的優(yōu)點，整個趨勢發(fā)展我就不細講了，趨勢無外乎就是增加它的強度，降低它的成本，增加它的抗腐蝕性等等。

工程塑料的運用，一些高檔車上限制用，感覺好像是低成本的東西，實際上現在用的，有一些工程塑料做的也越來越高檔，性能越來越好，工程材料有一個特點，它的成本比較低，比較輕，還是有一定的發(fā)展?jié)摿Α?

復合材料從原理上來說有非常多的優(yōu)越性，非常高檔的車，特別是專用的車用復合材料比較多，賽車用復合材料比較多，上次去英國，專門有研究怎么樣做復合材料出身的，它的優(yōu)點很多，比如說強度高，重量輕等各種各樣的優(yōu)越性，目前用的普及起來一定的困難，最主要的原因就是成本問題，涉及到其他維修，怎么回收等等各種各樣的問題，因為用的比較少，研究的人比較少。

咱們國家有規(guī)劃，它是很重要的一個材料。整個輕量化用的，一個是超強鋼用的比較多，耐磨件，耐高溫件，現在用的越來越少，用的最多是鋁合金，特別是大車鋁合金輪轂，說用車，大車，減重效果更明顯，鋁合金是目前為止取代鋼達到輕量化最常用的材料。鎂合金因為密度比較低，有一定的強力。復合材料也是跟鎂合金一樣，有很大的潛力，目前沒有達到汽車企業(yè)所說的低成本，高產量，質量穩(wěn)定性等。

疲勞性能，對疲勞性能有一定的要求。

腐蝕，比如說環(huán)境的腐蝕，用鋁合金跟現在關鍵的鋼構建的結合，現在有大量的研究，也有一些解決方案，它是需要關注的問題，各種各樣的連接性能，比如說一看這個汽車企業(yè)生產，都是機器人，大部分都是電花和激光，其他進一步的連接，怎么樣高性能的連接和應用也是很重要的。

連接是這樣的，一般來說連接一定會降低材料的性能，涉及到連接的問題打一個問號，連接以后性能降低多少?鋁合金一般的焊接降低50%到60%左右。好的焊接，可以大幅度提高整體的性能。

成本控制，汽車企業(yè)對成本非常的敏感，對整個成本說，現在是一個很關鍵的問題，現在無論是在新材料研發(fā)，新工藝研發(fā)，還有維護等都要考慮成本的問題

綠色產品，因為我脫離了汽車企業(yè)有幾年了，我弄一個材料，不是說這個材料用在車上就可以了，汽車報廢以后它的回收問題也要考慮。

汽車輕量化的總體規(guī)劃目前為止有三個階段:

第一個階段現在主要是用超強鋼技術，焊接工藝等，比如說2020年，到2025年的時候，主要是現在鋁合金來取代鋼為主要的技術手段之一。

怎么混合?你鋁合金用起來工藝怎么做?不是說合金以后就可以，怎么樣能夠成型?低成本的高質量的，高穩(wěn)定性的成型。

壽命，還有可靠性，分布的時候一定要不單單看它的平均值，鋁合金非常容易形成缺陷，它的可靠性是很關鍵的問題，需要很多的研究。同時，增加一些鎂合金碳纖維的應用，長期來說鎂合金和碳纖維用的越來越多，對于我們搞材料的人來說，我們做短期長期中期的技術儲備。

對于鋁合金的工來說，汽車里面鋁合金里面用的最多80%是壓鑄，壓鑄一個最大的優(yōu)點，它有低成本，高性能，高精度，缺點是容易形成缺陷，這個缺陷主要的原因是鋁合金的高氧化性以及在壓鑄過程當中快速的沖形。

減氣，想辦法把氣抽掉，這樣就解決了減氣的問題，在德國用一個辦法，叫真空壓鑄，抽掉真空以后壓鑄，效率會下降，整個過程越復雜，自然控制越難，把你的速度降下來，慢慢上來，這樣也是可以，擠壓鑄造，日本做的特別活躍，降低壓鑄的速度，達到控制液態(tài)的表面。壓鑄的很大優(yōu)點就是速度快，高效率，現在降低它的速度。從冶金材料來說降低了速度以后，必然造成了快速凝固，很難做成復雜薄壁件。

還有一個辦法，你倒水的時候，倒快速的話會攪的很厲害，如果把水做成冰激凌的形狀，提高黏度，它界面是平的，不會卷了。金屬當中有一個特性，某種控制情況下，可以控制一個金屬，跟冰激凌一樣，或者跟牙膏一樣它是黏著的，不是固態(tài)的，可以快速的成型。

半固態(tài)壓鑄，在歐洲已經開始用了，我們得到一些國際專利等等，回國以后，在北京我們組織40多人的團隊，對各個技術細節(jié)做整合，我們做了有6年。

這個不細講了，這是美國壓鑄協會專門統計的各種工藝的優(yōu)缺點，對產品性能的優(yōu)缺點，各種成型的比較，畫紅的是得分比較高的。這是制備方法，整個生產工藝的優(yōu)缺點的比較，這是生產效率，模具壽命等等，或者成本，或者價格的比較。

如果我把這些數簡單的加起來，這是我猶豫的，為什么猶豫呢?我對于任何一個評價一定要加權重，不加權重有危險的，比如說對于汽車來說，安全把的權重比較高，成本很重要，這是成本，跟材料的比重，如果壓鑄的話就是3倍的價格。

半固態(tài)壓鑄成本因素104%，我們跟華為做的件，做的壓鑄，成本的30%幾，用我的以后做到70%幾，成本下降，不同的件成本有的增加，有的降低。

半固態(tài)，我不細講了，液態(tài)的時候，我們可以做它是一個固態(tài)，但是很容易變形，這樣的話我可以克服壓鑄的缺陷。這些學術上面的判斷不講了，整個工藝上做的東西不細講了。

在冶金材料上面會仔細的講為什么?我們大概知道一個結果就行了，這是我們的成果，這是我做這個項目，科研經費已經用了5千多萬，這個國家項目，還有幾個地方項目等等，已經花了大量的經費做這個，國家十三五重點研發(fā)項目，國際上公認我們做的最好的，明年我們全世界的大會，半固態(tài)的大會在中國召開，我是大會的主席，明年的10月26號在深圳召開。

這是一些產品，瑞士ABB做的一些檢測結果，大概有150左右。

產業(yè)化，在全國有8條生產線，還是很基礎的，現在這些企業(yè)基本上都是處于一旦有供貨可以馬上升，深圳已經批量的給華為、比亞迪供貨，跟東風也有合作。

徐州戴卡斯汀(音)，他是贊助商之一，如果到他的企業(yè)，已經脫離的傳統的金屬鑄造的概念，什么意思呢?人比較少，大部分都是機器人在操作，坐在地下衣服不臟的，他的企業(yè)已經達到了，工業(yè)3點幾，4.0肯定達不到，歡迎大家去參觀。當然還有一些其他的地方。

這是我們開發(fā)成功的產品，減重效果非常的明顯，整體減重我們希望達到60%。

這是我們生產線的流程，這是比亞迪上車的，這是他們出口美國的車用的，這是我的聯系方式，謝謝各位。