鋁的商業(yè)化生產(chǎn)與汽車的誕生在同一年，從此，它們就結(jié)下了不懈之緣，難舍難分，互相促進(jìn)；汽車工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了鋁工業(yè)的發(fā)展，反之亦然。1886年美國大學(xué)生霍爾(Charles Martin Hall)與法國大學(xué)生埃羅(Paul-Louis Heroalt)幾乎同時在大洋彼岸獨立發(fā)明鋁的熔鹽電解法提取工藝，至今全球生產(chǎn)的鋁都是按他們的原理制備的。1886年，卡爾·奔馳發(fā)明世界第一輛不用馬拉的三輪車，拉開了當(dāng)今文明世界的序幕；1889年世界世博會展出德國奔馳公司制造的世界首輛汽油發(fā)動的汽車，宣告汽車時代的到來。
1897年克拉克(Clark)三輪車和1898年問世的德·丁昂·布頓(De Dion Bouton)汽車的曲柄箱是用鋁制的，開創(chuàng)了鋁在汽車中應(yīng)用的先河。1901年第二屆紐約汽車展上出現(xiàn)了一批鋁制汽車零配件，有的汽車車身已用鋁代替了木材。1903年戈登·貝內(nèi)思·納皮爾(Gordon Beneth Napier)汽車采用鋁汽車柱。1904年問世的蘭徹斯特車(Lanchester)的后軸架由鋁合金鑄造。
1923年英國著名的汽車設(shè)計師布波美羅(L.H.Pormeroy)設(shè)計的一款汽車，用了相當(dāng)多的鋁合金零部件，其自身質(zhì)量僅相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)汽車的三分之二。上世紀(jì)30年代由于鋼材價格比鋁價格低得多，能源充裕，鋁在汽車中的應(yīng)用進(jìn)程放緩。第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁是一種軍需戰(zhàn)略物資，鋁在民用方面的應(yīng)用受到限制；同時，由于飛機制造及其他軍工產(chǎn)品需求的增加，鋁工業(yè)得到迅猛發(fā)展，特別是美國鋁工業(yè)的發(fā)展尤為突出，這時80%以上的鋁都用于制造飛機及其他軍工產(chǎn)品。戰(zhàn)后，鋁在汽車中的應(yīng)用又開始受到重視，同時鋁由買方市場轉(zhuǎn)為賣方市場，鋁業(yè)公司開始尋求鋁的應(yīng)用新領(lǐng)域，極力擴(kuò)大鋁的應(yīng)用范圍，鋁在汽車中的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。20世紀(jì)70年代，汽車開始使用鋁保險杠、進(jìn)氣歧管、發(fā)動機頭、發(fā)動機缸體、散熱器、傳統(tǒng)系統(tǒng)零件和輪轂等。
上世紀(jì)60年代，每輛汽車的平均用鋁量為27.2千克，到90年代中期，平均含量上升到113千克，約占車自身質(zhì)量的8%。2005年美國轎車每使用一磅(0.454千克)鋁制零件，車的自身質(zhì)量可下降1.021千克；目前，美國汽車工業(yè)的用鋁量已占美國全部鋁消費量的11.5%強。21世紀(jì)初，德國推出了全鋁的奧迪A8車，是鋁含量最多的小轎車，每輛用鋁550千克；美國福特汽車公司的AIV車的車身也是全鋁的。所謂全鋁轎車，是指在目前的設(shè)計、制造技術(shù)條件下，可用鋁合金制造的零部件都已鋁化，而汽車的價格是合理的，可以承受的，可進(jìn)行商業(yè)化批量生產(chǎn)，各項性能全面提升。由于真空釬焊技術(shù)的發(fā)展，1986年美國生產(chǎn)的轎車有一半裝上了鋁散熱器，2008年的鋁化率已超過80%；因為鋁的價格比銅低，鋁散熱器的質(zhì)量又比銅輕50%。
一、汽車輕量化是發(fā)展方向
汽車、軌道車輛、飛機、船舶是當(dāng)代社會人類賴以生產(chǎn)和發(fā)展的四大交通運輸工具，它們一方面為人類文明與社會進(jìn)步作出巨大貢獻(xiàn)，另一方面又排放大量溫室氣體，制造污染，破壞生態(tài)環(huán)境。因此，汽車工業(yè)的發(fā)展面臨著三大問題，即三大挑戰(zhàn)：節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，提高安全、舒適、美觀性。汽車性能的改善除在設(shè)計方面加以改進(jìn)外，最主要的是采用輕質(zhì)新材料取代鋼材、鑄鐵、重有色金屬制造的零部件，加速汽車輕量化進(jìn)程，因為在設(shè)計方面的減重潛力不居首位，而可用的新材料有鋁、鎂、鈦、高強度鋼、復(fù)合材料等。
實踐證明，盡量多地采用鋁是解決汽車輕量化最有效與最佳的途徑。鋁有明顯的減重效果和顯著的節(jié)能效果，可大幅度減少溫室氣體與其他有害氣體的排放，還能提高車的平衡性、乘坐舒適和安全性。采用鎂制零部件的節(jié)能減排效果雖然比鋁大，但鋁的綜合性能與性價比仍比鎂大與優(yōu)越。所以，在汽車制造中鎂在可預(yù)見的時間內(nèi)還不可能較多地替代鋁。
美國曾一次又一次地頒布汽車的能效指標(biāo)，2010年初美國能源部制訂了小轎車新的能效標(biāo)準(zhǔn)，要求其燃油效率達(dá)到6.9升／100公里（在標(biāo)準(zhǔn)公路上行駛）。小轎車在標(biāo)準(zhǔn)公路上行駛時，車的自身質(zhì)量消耗的能源占85%左右，這充分說明汽車輕量化的重要性與迫切性，也說明鋁在汽車制造中有著巨大的市場潛力。
二、汽車產(chǎn)量持續(xù)調(diào)整攀升
鋁在北美生產(chǎn)的轎車與卡車中的應(yīng)用以曾所未有的速度增加。2009年汽車的輕金屬用量占其自身質(zhì)量的8.6%，而1990年僅為5.1%，到2020年可達(dá)11%。2009年輕型汽車的平均自身質(zhì)量為1448千克，其中鋁含量占7.8%，按每輛車的年平均增長率2.3千克計算，到2020年全世界汽車的平均用鋁量可達(dá)1 36千克／輛。
北美是小轎車與輕型卡車用鋁量的世界先鋒，2008年約有50款車的鋁含量超過其自身質(zhì)量的10%。本田(Honda)和寶馬(BMW)用鋁量最多，每輛車的平均鋁含量超過154千克。自2006年以來，通用汽車公司(GM)、豐田汽車公司(Toyota)、現(xiàn)代汽車公司(Hyundai)和大眾汽車公司(Volkswagen)也增加了在北美銷售的轎車鋁含量。
全世界其他地區(qū)與國家生產(chǎn)的輕型汽車的鋁含量也在不斷攀升，特別是歐洲與日本，據(jù)杜克公司(Duker)估計，有67款汽車（歐洲49款、日本1 8款）的輕金屬含量為182千克／輛，中國汽車的用鋁量也在快速上升，杜克公司預(yù)計2020年中國汽車工業(yè)的用鋁量將超過日本。2008年日本汽車工業(yè)的用鋁量約170萬噸，2009年約116萬噸。據(jù)筆者預(yù)測2015年日本汽車的鋁消費量可達(dá)190萬噸，同年中國汽車工業(yè)的用鋁量可在250萬噸左右（含出口鋁合金零部件），遠(yuǎn)超過日本。
通常，汽車工業(yè)用鋁的結(jié)構(gòu)如下：鑄件及壓鑄件80%，其中壓鑄件占71.5%；軋制材9.7%；擠壓材9.2%；鍛件1.1%。國家不同，汽車產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也會不同，用鋁結(jié)構(gòu)也會略有不同?？傮w來說，鑄造產(chǎn)品占80%，用加工鋁材制造的零部件只不過約占20%。不過隨著用鋁量的增加，加工材用量的增長速度會稍大于鑄造鋁合金。
汽車工業(yè)是中國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，正在高速持續(xù)發(fā)展。2000年汽車總產(chǎn)量為207萬輛，2009年為1371.9萬輛，這9年的年平均增長率是24%，成為世界產(chǎn)銷第一大國；自此以后，第一大國的局面不可逆轉(zhuǎn)的，2010年產(chǎn)量可達(dá)1600萬輛，2015年可達(dá)3300萬輛。汽車用鋁量中國尚無權(quán)威組織作過統(tǒng)計、發(fā)表過翔實數(shù)據(jù)，筆者估算，2009年用量約160萬噸，含出口零部件的用鋁量，如輪轂等；2009年輪轂的用鋁量約60萬噸，其中出口約31萬噸。今后一段相當(dāng)長的時間內(nèi)，中國汽車用鋁量的年平均增長率將大于汽車本身的增長率1.5個百分點，因為單臺車鋁含量增長率更快一些。2010年中國汽車用鋁量會超過450萬噸（含出口鋁制零部件），這是指汽車的凈用鋁量，如果按采購的鋁材及生產(chǎn)的鑄件、壓鑄件的毛料計算，用鋁量應(yīng)該超過530萬噸。
2009年中國汽車消費的160萬噸鋁中，加工鋁材的用量約32萬噸；2015年中國預(yù)計加工汽車鋁材用鋁量約97萬噸，其中平板帶材約495600噸、擠壓材463200噸、鍛件11200噸，不但量大，而且是高品質(zhì)高技術(shù)產(chǎn)品，屬鋁材中的“精英”，既要求有良好的冶金組織與優(yōu)秀的綜合性能，又必須達(dá)到極為嚴(yán)格的尺寸偏差，適合于高速自動化線的生產(chǎn)與組裝。
我們知道，凡是世界上大的鋁業(yè)公司，不管是跨國的還是非跨國的，只要本國的汽車產(chǎn)量大，都把汽車鋁材視為高技術(shù)高附加值產(chǎn)品，成立了汽車鋁材部或組建了汽車鋁材中心，如美國鋁業(yè)公司、加拿大鋁業(yè)公司（力拓加鋁公司）、諾威力鋁業(yè)公司、海德魯鋁業(yè)公司、薩帕鋁業(yè)公司以及日本的神戶鋼鐵公司、古河鋁業(yè)公司與日本輕金屬公司等，由中心負(fù)責(zé)汽車加工鋁材的研究、開發(fā)、生產(chǎn)與技術(shù)服務(wù)。
中國已凌世界汽車產(chǎn)銷量絕頂，很快也會成為全球汽車鋁材用量大國，可是中國至今尚未有躋身世界先進(jìn)水平專業(yè)汽車板帶生產(chǎn)線。雖然西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司于2010年5月建成了一條汽車板帶生產(chǎn)線，但與美鋁薩馬拉冶金廠(Alcoa SMA)2009年建成的2300毫米的BWG涂漆、退火、純拉仲矯直、剪切等生產(chǎn)線及海德魯鋁業(yè)公司格雷文布羅伊軋制廠(Grevenbroich)的精整線相比，還有相當(dāng)大的差距。汽車鋁加工材在中國的消費量應(yīng)該比美國、日本及德國的量都會大一些，因為中國不但在客車的鋁材用量在增加，而且?guī)杰噹w的鋁化率甚低，尚未進(jìn)入起步階段，而北美、歐洲、日本的鋁化率都在92%以上。必須注意，提高廂式車的鋁化率對節(jié)能減排與建設(shè)低碳經(jīng)濟(jì)有著重要意義。
無論從長遠(yuǎn)還是就近期來看，組建汽車鋁材中心都是必要的。成立中心，首先要有一批高素質(zhì)的人才，其次要有必要的設(shè)備。在設(shè)備方面，我國主機（熱軋機與冷軋機）在數(shù)量與裝機水平方面都不缺，都是世界一流的；我國缺的是精整設(shè)備，需要有集純拉仲矯直、退火、脫脂、清洗、切邊、縱剪、橫剪、噴漆、涂層等于一體的生產(chǎn)線，應(yīng)有激光精密剪裁設(shè)備。
汽車對鋁板帶表面狀態(tài)有嚴(yán)格的各種各樣要求：原軋制狀態(tài)的，即用普通研磨輥軋制，表面有沿軋制方向分布的磨軋線印痕；有明顯EDT輥軋制織構(gòu)痕的（電火花加工輥軋制）；有不銹鋼色調(diào)的；有薄陽極氧化膜處理(thin anoclised film，簡稱TAF)的，不但提高了材料的抗腐蝕性能，而且擴(kuò)大了材料的表面積，增大了結(jié)合面積，因而粘接強度有所提高。
向汽車制造廠提供可供組裝的鋁制零部件，如輪轂、保險杠等，或經(jīng)過精密裁切的可直接上沖制線的板材，是向汽車廠供應(yīng)鋁制零部件與加工材的發(fā)展方向；有些鋁業(yè)公司現(xiàn)在已經(jīng)這么干了。鋁業(yè)公司向汽車廠派出工程師，參與鋁制零部件的設(shè)計，行之有效，也是發(fā)展趨勢之一。
三、中國組建汽車鋁材中心不容遲疑
中國到了組建汽車鋁材中心的時候了！再不能遲疑了，宜早不宜晚。希望有熱連軋線的企業(yè)與有大型熱軋機的企業(yè)不妨對此問題考慮一下。汽車鋁材是個大市場，是個增長性的大市場，是一個高精鋁材市場，誰先投資與花大力氣進(jìn)入這個市場，誰就會先受益。
汽車鋁材中心的主要任務(wù)是：研發(fā)汽車新型鋁合金，開發(fā)汽車鋁制零部件新加工工藝，推廣鋁在汽車中的廣用。希望有關(guān)部門制定強有力的汽車輕量化措施，特別是廂式車的輕量化，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)與低碳社會的進(jìn)程。
