這年頭，一說(shuō)汽車黑科技少不了談?shì)p量化。一談?shì)p量化，大家言必稱鋁合金。一說(shuō)鋁合金，連它的來(lái)路也都跟鄰家小李子一樣被人摸的門兒清：不就是利用沖壓工藝制作鋁合金板材、利用鑄造工藝制作鑄鋁件么？

Too young。還有很多方法解鎖鋁合金哦，譬如——泡沫鋁。

泡沫鋁如何解鎖車用鋁合金？

泡沫鋁歷史

在汽車圈，有這樣一種材料。它像泡沫一樣，孔隙率大、比表面積高、阻尼減震強(qiáng)；又像金屬一樣，比強(qiáng)度高、比剛度高、耐高溫、質(zhì)量還輕，簡(jiǎn)直是造車者的夢(mèng)中情人。

但你并不是在做夢(mèng)。早在20世紀(jì)40年代后期，美國(guó)就率先研究這種材料，并于1951年科學(xué)家Elliot率先成功生產(chǎn)出泡沫鋁。

泡沫鋁是一種在鋁基體中包含無(wú)數(shù)個(gè)氣泡的輕質(zhì)多孔金屬材料,它同時(shí)兼有金屬相氣泡特征,是一種具有廣泛應(yīng)用前景的物理功能材料。

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)孔結(jié)構(gòu)可調(diào)。可分為兩種情況:一種是具有獨(dú)立孔洞結(jié)構(gòu),分散的氣泡或空心的顆粒分布在金屬基體中(有人稱之為海綿鋁);另一種是具有貫通的孔洞結(jié)構(gòu)(有人稱之為蜂窩鋁)。

(2)孔徑較大。變化范圍為0.1——10.0mm(一般粉末冶海多孔金屬孔徑徑不大于0.3mm)。

(3)空洞率高。變化范圍為40%——90%（一般粉末冶金多孔金屬空洞率不大于30%）。

(4)密度小。變化范圈為0.2——0.9/cm3（僅為同體積鋁的1/10——1/3）。

然而這種材料在發(fā)泡工藝、泡的大小和均勻性上很難控制，生產(chǎn)難度很大，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有得到大范圍使用，且在此后40多年里泡沫鋁的制造和應(yīng)用一直處在停滯狀態(tài)。直到80年代末，日本九州工業(yè)技術(shù)研究所改善了泡沫鋁的生產(chǎn)技術(shù)，國(guó)際上再次興起了關(guān)于泡沫鋁材料的開發(fā)熱潮。

那場(chǎng)在1999年德國(guó)不來(lái)梅舉行的第一屆世界泡沫金屬學(xué)會(huì)議，堪稱泡沫鋁騰飛的里程碑事件。此后泡沫鋁就真正意義上從幕后走向了臺(tái)前，工業(yè)化程度也越來(lái)越高，再也不是實(shí)驗(yàn)室里無(wú)人問(wèn)津的科研材料了。

主要性能特點(diǎn)

高阻尼減震性能及沖擊能量吸收率：阻尼性能為金屬鋁的5-10倍?？紫堵蕿?4%的泡沫鋁發(fā)生50%變型時(shí)，可吸收2.5MJ/M3C以上的能量。

良好的聲學(xué)功能：1、隔聲性能（閉孔）：聲波頻率上800-4000HZ之間時(shí)，閉孔泡沫鋁的隔聲系數(shù)達(dá)0.9以上。2、吸聲性能（微通孔和通孔）：聲波頻率在125——4000HZ之間時(shí)，通孔泡沫鋁的吸聲系數(shù)最大可達(dá)0.8，其倍頻程平均吸聲系數(shù)超過(guò)0.4。

優(yōu)良的電磁屏蔽性能：電磁波頻率在2.6-18GHZ之間時(shí)，泡沫鋁的電磁屏蔽量可達(dá)60-90dB。

良好的熱學(xué)性能：通孔泡沫鋁由于其孔洞相互連通，在強(qiáng)制對(duì)流條件下具有良好的散熱性。不燃燒且有較好的耐熱性。耐腐蝕性、耐候性好，低吸濕，不老化，無(wú)毒性。

易加工：切割、鉆孔、膠結(jié)方便；經(jīng)模壓可彎曲成所需形狀；能用有機(jī)或無(wú)機(jī)漆進(jìn)行表面處理；可以兩面蒙皮，構(gòu)成大尺寸的輕質(zhì)、高剛度板。

易安裝：泡沫鋁材料可以被安裝在高處而無(wú)需機(jī)械起重設(shè)備，如：天花頂棚、墻壁和屋頂?shù)?，可以采用機(jī)械方法或直接用螺釘連接和固定，也可以用粘接劑粘貼在墻或天花板上。

金屬薄板——泡沫鋁——金屬薄板形成的“三明治”結(jié)構(gòu)繼承了泡沫鋁的優(yōu)異性能，并具有很高的抗彎強(qiáng)度，可用作新型建材、機(jī)車車輛的高剛度結(jié)構(gòu)件等。

泡沫鋁制備方法

泡沫鋁制備工藝有20多種，涉及的領(lǐng)域非常廣，但對(duì)于汽車工業(yè)來(lái)說(shuō)，泡沫鋁價(jià)格并不低廉，加工工藝也比較復(fù)雜，各種制備工藝的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性都不是很高，孔結(jié)構(gòu)的不均勻問(wèn)題也還沒(méi)有得到徹底解決。

泡沫鋁制備主要為凝固法、燒結(jié)法、沉積法等，其中溶體發(fā)泡法相對(duì)簡(jiǎn)單，孔隙可控，成本較低，比較適合規(guī)?；a(chǎn)大規(guī)格的泡沫鋁材料。

泡沫鋁在汽車工業(yè)中的運(yùn)用

由于泡沫鋁具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比剛度、阻尼減震、吸聲隔熱、電池屏蔽等特點(diǎn)，在航空航天、高速芯片，建筑材料中均有所應(yīng)用，近些年這種材料又逐漸進(jìn)入汽車領(lǐng)域。

泡沫鋁經(jīng)典應(yīng)用之一就是泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)，由于綜合了泡沫鋁和金屬板件的性能，這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，剛度提高2倍以上，阻尼、防撞能力提高3倍以上，且同比質(zhì)量大大降低。

OME公司曾經(jīng)設(shè)計(jì)過(guò)一款汽車，底盤采用了泡沫鋁三明治板結(jié)構(gòu)，這種材料使用后，在同種結(jié)構(gòu)下可以減低25%的重量。

據(jù)報(bào)道，如果將泡沫鋁零件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽車鑄件，在零件強(qiáng)度不變的情況下，質(zhì)量可以減輕50%以上。

此前，BMW曾聯(lián)合澳大利亞輕金屬性能研討中心（LKR），研發(fā)了一種泡沫鋁結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)支架，在強(qiáng)化車架剛度，提高構(gòu)架穩(wěn)定性的同時(shí)還能耗散機(jī)械振蕩和熱能。

而德國(guó)卡曼汽車公司則采用三明治式復(fù)合泡沫鋁材來(lái)制造吉雅轎車（Ghiaroadster）的頂蓋板，在質(zhì)量下降25%的同時(shí)，剛度比原來(lái)的鋼構(gòu)件大7倍左右，真可謂一石二鳥。

泡沫鋁作為吸能緩沖結(jié)構(gòu)存在時(shí)，多是應(yīng)用在吸能盒、門梁結(jié)構(gòu)、保險(xiǎn)杠中，能夠達(dá)到緩沖吸能的目的。例如用泡沫鋁作夾芯制作轎車保險(xiǎn)杠，具有吸收撞擊動(dòng)能的功能，由于回彈率很小（小于3%），可以有效避免二次碰撞傷害。

我們?cè)僭敿?xì)聊聊大家比較陌生的幾項(xiàng)：

吸能盒

這種填充結(jié)構(gòu)吸能能力，大于吸能盒與泡沫鋁單獨(dú)吸收能量之和，而且由于泡沫鋁的各向同性，在偏置碰撞中也能獲得很好的能量吸收。

隨著人們安全意識(shí)的提高，行人安全概念也逐漸成形。而這種結(jié)構(gòu)能夠完全吸收掉車輛以15Km/h速度撞擊的所有能量，正能對(duì)行人安全起到保護(hù)作用。

NVH

吸熱隔音上，泡沫鋁也能起到立竿見影的功效。比如它就被使用在了客車消音器中。

客車泡沫消音器，泡沫鋁吸聲板經(jīng)過(guò)耐火處理，可以適用在近600℃的尾氣溫度。降噪效果為阻抗型消聲內(nèi)芯、并聯(lián)共振式消聲內(nèi)芯消聲器的2——3倍，重量減輕1/3左右。

此外，用泡沫鋁材料制作轎車地板、間隔、車門夾心板等也能達(dá)到隔音、隔震的效果。

頂蓋

汽車頂蓋作為汽車上最大面積的覆蓋件，如何綜合重量和強(qiáng)度的要求一直讓廠家頭疼。采用泡沫鋁夾心板，厚度僅為2mm左右，剛度為鋼板頂棚的7倍，重量還能減輕50%以上。

對(duì)未來(lái)的預(yù)期

當(dāng)然了，看似完美的東西總歸有著讓人無(wú)奈的缺點(diǎn)，現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，泡沫鋁的優(yōu)點(diǎn)與高成本相比并不占優(yōu)勢(shì)。

未來(lái)，單獨(dú)的泡沫鋁結(jié)構(gòu)在汽車上的使用可能會(huì)遇到瓶頸，但如果將這種材料和其他材料如金屬、高分子等進(jìn)行結(jié)合或許是種啟發(fā)。

比如將泡沫鋁和鋁合金或碳纖維復(fù)合材料等結(jié)合，可以一定程度上緩解碳纖維材料成本高、脆性大，易斷裂的缺點(diǎn)，同時(shí)又能獲得良好的隔熱靜音、耐高溫性能。

反過(guò)來(lái)也是一樣的，將碳纖維作為輔材應(yīng)用于泡沫鋁中，提高泡沫鋁本身的性能也是大有前景?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一些關(guān)于碳纖維增強(qiáng)鋁基泡沫材料的研究，實(shí)驗(yàn)效果也說(shuō)明其在保持泡沫鋁原有功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了材料的物理性能，最終獲得高吸能、阻尼減震、孔壁韌性較好的泡沫鋁材料。

如何獲得更好的三明治結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)泡沫鋁和其他材料之間的結(jié)合力，強(qiáng)化各材料的性能特點(diǎn)，或者是尋求出一種新的結(jié)構(gòu)，如多層的夾層結(jié)構(gòu)等也不失為一種比較好的選擇。

總之，盡管泡沫鋁的研究已經(jīng)比較深入，在其他工業(yè)中得到了多方面的應(yīng)用，但是對(duì)于汽車工業(yè)來(lái)說(shuō)，它還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到完全成熟的地步，目前也僅在一些汽車零部件上使用，但作為一種性能優(yōu)良的材料，它的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止如此，將來(lái)泡沫鋁和多種材料之間的結(jié)合會(huì)是一種趨勢(shì)。

小結(jié)：

泡沫鋁作為一種性能優(yōu)良的材料，在汽車領(lǐng)域的地位應(yīng)該更高，在鋁合金大行其道的現(xiàn)代汽車工業(yè)中，它應(yīng)該得到更多的重視。解決其成本和單一性，找到更好的結(jié)構(gòu)和材料復(fù)合方法，或許是這種材料的新發(fā)展方向。