南方科技大學(xué)講座教授、國家“千人計(jì)劃”特聘專家 朱強(qiáng)

南方科技大學(xué)大家可能不太了解，只有不到7年的時(shí)間，這個(gè)大學(xué)是公立的，深圳市政府出的錢，計(jì)劃大學(xué)8000個(gè)學(xué)生，800個(gè)老師，1/3是“千人計(jì)劃”，這個(gè)學(xué)校更多的是摻雜了國際性大學(xué)，國際化走的最前沿的一個(gè)大學(xué)。

我一生當(dāng)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(shí)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(xué)位的時(shí)候，專門跟奧迪做鋁合金開發(fā)，A8，當(dāng)時(shí)專門做這個(gè)，到英國工作的時(shí)候做汽車板材的雜志，到了汽車企業(yè)，做柴油發(fā)動機(jī)的，我在那兒工作8年，專門做柴油發(fā)動機(jī)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(jī)，在這兒不敢說了，因?yàn)槲易霾牧系?。曾?jīng)自認(rèn)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(jī)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?yán)锩娌牧系陌l(fā)展，這個(gè)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(jīng)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(jìn)口，超過了國家的警戒線，目前為止大概60%都是石油進(jìn)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(shí)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(gè)公式，關(guān)于節(jié)能減排從幾個(gè)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(dāng)中有三個(gè)跟質(zhì)量有關(guān)系，質(zhì)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?yàn)槠囕p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(bào)告的時(shí)候也說這個(gè)問題，我采取的數(shù)據(jù)對我有利的，可能別人有別人的數(shù)據(jù)，無論如何節(jié)能減排是非常有效的辦法。

總結(jié)了一下國際上不同車的體驗(yàn)，降低排放所能夠達(dá)到的百分比以及跟它們減重目標(biāo)的關(guān)系，節(jié)能減排的輕量化有三個(gè)技術(shù)，一個(gè)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(gè)很有效的辦法。

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

第三，結(jié)構(gòu)優(yōu)化怎么做?今天主要給大家匯報(bào)很小的一塊，怎么用鋁合金?輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一塊，我們主要做3D打印，3D打印現(xiàn)在在汽車上用的比較慢，主要有兩個(gè)原因，汽車大批量生產(chǎn)，3D打印更適合于個(gè)性化，3D打印可能對質(zhì)量控制的穩(wěn)定性，可能現(xiàn)在還有一些問題，在汽車上用的不多，在飛機(jī)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(diǎn)，它可以實(shí)現(xiàn)自由設(shè)計(jì)，因?yàn)槲覀兊钠囍圃?，從空氣動力學(xué)來說有很多理念想實(shí)現(xiàn)，但是從力學(xué)和材料角度來說實(shí)現(xiàn)不了，因?yàn)槲易霾怀鰜怼?D打印可以實(shí)現(xiàn)你想要的設(shè)計(jì)理念，從這個(gè)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(gè)，一個(gè)是強(qiáng)度，大家經(jīng)常談到強(qiáng)度，實(shí)際上在汽車?yán)锩嬉恍┙Y(jié)構(gòu)件，不單單是強(qiáng)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(shí)候，當(dāng)時(shí)中國做不了，現(xiàn)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(shù)非?？?，得到很多好的成果。

另外一個(gè)比較是高強(qiáng)鋼，高強(qiáng)鋼已經(jīng)占到50%以上，現(xiàn)在輕量化一個(gè)很關(guān)鍵的地方，我怎么樣用好的鋼，用超級鋼，用超強(qiáng)鋼，剛才我們認(rèn)為，我們國家的產(chǎn)量我們知道的最多，說一個(gè)笑話，全世界鋼產(chǎn)量最高的地方是中國，50%左右。第二個(gè)是什么地方?河北，第三個(gè)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(bào)鋼的產(chǎn)量，我回國以后在科技部當(dāng)專家，專門抓了一個(gè)高品質(zhì)特種鋼的專項(xiàng)，有50多個(gè)億，很多高級的鋼我們國家生產(chǎn)不了，還是要進(jìn)口，汽車上的鋼材總體來說不是很高級，很多鋼材還是進(jìn)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(xué)有一個(gè)鋼材創(chuàng)新中心。越往后越用高強(qiáng)鋼，強(qiáng)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(xué)位開始，就開始做汽車?yán)锩娴匿X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(shù)據(jù)顯示中國車?yán)锩娴匿X含量和歐美國家差不多了，鋁合金用的越來越多，現(xiàn)在的鋁合金主要還是用在一些非關(guān)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(guān)鍵件上。奧迪A8用的非常多了，大部分用鋁合金了。

結(jié)構(gòu)件，一個(gè)是覆蓋件，鋁板非常大，車用的不多，結(jié)構(gòu)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(diǎn)，這是一個(gè)電動大巴，在很多地方用鋁合金，實(shí)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(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件。

鎂合金實(shí)際上也是用的越來越多，鎂合金用的原因，一個(gè)中國的產(chǎn)量特別大，中國在全世界最大的產(chǎn)量，中國對鎂合金研究的特別多，特別是在前10幾年的時(shí)候，有一些不可克服的缺點(diǎn)，鎂合金逐漸的增加用量，現(xiàn)在用量總體來說沒有這么多。它有一個(gè)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(diǎn)。它的抗腐蝕性很差，汽車輪轂在鎂合金當(dāng)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(gè)制造工藝?yán)щy，合金很少，制造的工藝也很少，現(xiàn)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(xiàn)在用的也非常多，很多地方用鎂合金的座椅。

我們做一些項(xiàng)目，這些都是公開的，我們主要是做鋁合金這一塊，跟東風(fēng)合作。

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

工程塑料的運(yùn)用，一些高檔車上限制用，感覺好像是低成本的東西，實(shí)際上現(xiàn)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(gè)特點(diǎn)，它的成本比較低，比較輕，還是有一定的發(fā)展?jié)摿Α?

復(fù)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(fù)合材料比較多，賽車用復(fù)合材料比較多，上次去英國，專門有研究怎么樣做復(fù)合材料出身的，它的優(yōu)點(diǎn)很多，比如說強(qiáng)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?yàn)橛玫谋容^少，研究的人比較少。

咱們國家有規(guī)劃，它是很重要的一個(gè)材料。整個(gè)輕量化用的，一個(gè)是超強(qiáng)鋼用的比較多，耐磨件，耐高溫件，現(xiàn)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(dá)到輕量化最常用的材料。鎂合金因?yàn)槊芏缺容^低，有一定的強(qiáng)力。復(fù)合材料也是跟鎂合金一樣，有很大的潛力，目前沒有達(dá)到汽車企業(yè)所說的低成本，高產(chǎn)量，質(zhì)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(xiàn)在關(guān)鍵的鋼構(gòu)建的結(jié)合，現(xiàn)在有大量的研究，也有一些解決方案，它是需要關(guān)注的問題，各種各樣的連接性能，比如說一看這個(gè)汽車企業(yè)生產(chǎn)，都是機(jī)器人，大部分都是電花和激光，其他進(jìn)一步的連接，怎么樣高性能的連接和應(yīng)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(gè)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(gè)成本說，現(xiàn)在是一個(gè)很關(guān)鍵的問題，現(xiàn)在無論是在新材料研發(fā)，新工藝研發(fā)，還有維護(hù)等都要考慮成本的問題

綠色產(chǎn)品，因?yàn)槲颐撾x了汽車企業(yè)有幾年了，我弄一個(gè)材料，不是說這個(gè)材料用在車上就可以了，汽車報(bào)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(gè)階段:

第一個(gè)階段現(xiàn)在主要是用超強(qiáng)鋼技術(shù)，焊接工藝等，比如說2020年，到2025年的時(shí)候，主要是現(xiàn)在鋁合金來取代鋼為主要的技術(shù)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(zhì)量的，高穩(wěn)定性的成型。

壽命，還有可靠性，分布的時(shí)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(guān)鍵的問題，需要很多的研究。同時(shí)，增加一些鎂合金碳纖維的應(yīng)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(shù)儲備。

對于鋁合金的工來說，汽車?yán)锩驿X合金里面用的最多80%是壓鑄，壓鑄一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)，它有低成本，高性能，高精度，缺點(diǎn)是容易形成缺陷，這個(gè)缺陷主要的原因是鋁合金的高氧化性以及在壓鑄過程當(dāng)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(gè)辦法，叫真空壓鑄，抽掉真空以后壓鑄，效率會下降，整個(gè)過程越復(fù)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(dá)到控制液態(tài)的表面。壓鑄的很大優(yōu)點(diǎn)就是速度快，高效率，現(xiàn)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(fù)雜薄壁件。

還有一個(gè)辦法，你倒水的時(shí)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(dāng)中有一個(gè)特性，某種控制情況下，可以控制一個(gè)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(jīng)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(tuán)隊(duì)，對各個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)做整合，我們做了有6年。

這個(gè)不細(xì)講了，這是美國壓鑄協(xié)會專門統(tǒng)計(jì)的各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，對產(chǎn)品性能的優(yōu)缺點(diǎn)，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(gè)生產(chǎn)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)的比較，這是生產(chǎn)效率，模具壽命等等，或者成本，或者價(jià)格的比較。

如果我把這些數(shù)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(gè)評價(jià)一定要加權(quán)重，不加權(quán)重有危險(xiǎn)的，比如說對于汽車來說，安全把的權(quán)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(jià)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(xì)講了，液態(tài)的時(shí)候，我們可以做它是一個(gè)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(xué)術(shù)上面的判斷不講了，整個(gè)工藝上做的東西不細(xì)講了。

在冶金材料上面會仔細(xì)的講為什么?我們大概知道一個(gè)結(jié)果就行了，這是我們的成果，這是我做這個(gè)項(xiàng)目，科研經(jīng)費(fèi)已經(jīng)用了5千多萬，這個(gè)國家項(xiàng)目，還有幾個(gè)地方項(xiàng)目等等，已經(jīng)花了大量的經(jīng)費(fèi)做這個(gè)，國家十三五重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，國際上公認(rèn)我們做的最好的，明年我們?nèi)澜绲拇髸?，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(chǎn)品，瑞士ABB做的一些檢測結(jié)果，大概有150左右。

產(chǎn)業(yè)化，在全國有8條生產(chǎn)線，還是很基礎(chǔ)的，現(xiàn)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(jīng)批量的給華為、比亞迪供貨，跟東風(fēng)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(jīng)脫離的傳統(tǒng)的金屬鑄造的概念，什么意思呢?人比較少，大部分都是機(jī)器人在操作，坐在地下衣服不臟的，他的企業(yè)已經(jīng)達(dá)到了，工業(yè)3點(diǎn)幾，4.0肯定達(dá)不到，歡迎大家去參觀。當(dāng)然還有一些其他的地方。

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

這是我們生產(chǎn)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(lián)系方式，謝謝各位。