王大伟1，王祝堂2
（1．东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨150060；2.中国有色金属加工工业协会，北京100814）
摘要：专用汽车可分为通用厢式车、专用运输车、冷藏车、土建车、环保车和各种用途服务车。车的铝化率各国不尽相同，欧洲、北美与日本的铝化率高，中国专用汽车的铝化率总体来看甚低，仍处于起步阶段，推广铝材应用潜力很大。厢式与专用运输车用的铝材大都是工业通用的，生产难度不大。专用汽车的铝化蕴藏着巨大的节能、减排、环保潜力。工业协会在推广铝材在汽车中的应用方面做了许多工作，希望有关部门出台强有力的厢式货车与专用运输车节能减排的强硬法规条例。
关键词：厢式货车；专用运输车；铝材；铝化率；抑爆铝箔
中图分类号：TG146. 21 文章编号：1007 - 7235( 2016) 04 - 0001 - 05
专用汽车（简称专用车）可分为通用厢式车（厢式货车）、专用运输车、冷藏车、土建车、环保车和不同用途的服务车等六大类。不同国家的分类方法也不尽相同，车的铝化率也不同，欧洲、北美与日本的铝化率高，中国专用车的铝化率总体来看甚低，北美厢式车的铝化率达92%以上，冷藏车的铝化率几乎达到了100%，中国专用车的铝化仍处于起步阶段，潜力很大。
专用车的铝化蕴藏着巨大的节能、减排、环保潜力。专用车的厢体多是可以用通用铝板与挤压铝型材制造，其中板材的用量占75%以上；传动系统与发动机系统的许多零部件可用铸件与压铸件制造，悬挂系统还需要一些锻件。
1 通用厢式车的铝化率应达到80%
通用厢式车通常有8种：翼形的，侧开门的，带起重设备的，升降式后开门的，带自动进货装置的，自卸式的，车身可脱离式的和平板式的。翼形厢式车是厢式货车的代表，占主导地位，它的两侧门打开时形如翅膀，故得此名。翼形厢式车打开车门的方式有：手动式、液压式与电动式。两侧车门可以同时打开，也可以分别开启。有的车门打开后两侧车门超过车顶，有的车门打开后几乎与车顶平齐。叉车一般可直接开入厢式车上作业。有的厢式车内部又分为两层或更多层的，其隔板有升降式的，也有拆卸式的。美国铝业公司( Alcoa)与约翰斯敦公司( Johnstown)制造了长27 m的双层乘人小轿车运输车，具有更长、更轻、更安全、装载量更多的特点，因为它的骨架结构完全是用高强度铝合金挤压材搭构的，用铝合金压铸件连接。中国也有这种多层汽车运输车，但是钢结构的，亟宜全铝化，所需的铝材中国全部可以生产。
有的翼形厢式车不仅可向上开启车门，还可以向下开启两侧车门，既能让叉车开上去作业，又能用吊车吊取货物，这种车被称为W翼形厢式车。虽然大部分翼形厢式车都用铝和塑料制造，有的也只用一些铝合金挤压型、管材杆支撑外罩篷布的，但可以像普通翼外厢式车一样，方便地将两侧车门即支架和篷布一起向上全部打开，不需要卸下篷布和支架，不影响装卸，不影响效率。
侧开门厢式车是一种相当普遍的车型，两侧车门通常是滑道式的，整个一侧由两块或三块门组成，可左右滑动，适合在低矮仓库和路边装卸货物。三块门开口较大，适合于装卸大的货物。在中国这种侧车门厢式车约占厢式货车总数的65%，是城市特别是大城市市区货物运输的主要车型，可以全部铝化，中国现在还未看到全铝化的这种车。
美国克莱斯勒汽车公司经过两年半的潜心研发，采用A356铝合金铸造微型厢式车的前支撑横梁，比钢件的质量减轻42%，并同时降低了车的噪声及震动。
2 提高专用运输车的铝化率
专用运输车是专门运输某类物资的车辆，大致可分为七种：集装箱运输车、液体运输车、散装粉粒物质运输车（自卸车）、乘用轿车运输车、工程机械运输车、大件运输车和其他专用车。后一类车由于运输货物不同而种类繁多，如：家具运输车、家畜运输车、饮料运输车、运钞车、美术品运输车、精密仪器运输车、防弹装甲车等。有些车厢采用了隔热材料，装有冷暖空调器，适合于运输贵重美术品、精密仪器、花卉等。有的运钞车外观同普通的旅行车一样，打开车门才能看到结实的金库与一排排保险箱。防弹装甲车有厚厚的铝合金装甲板，它们大多是卡车改装的，但与军队用的装甲运兵车有所不同。集装箱运输车实际上是一种平板大件运输车，它的铝化较为简单，只要把承载集装箱的钢底板换成铝合金的就行，就像高铁车厢的铝合金底板，可用厚6 mm～8mm的5083铝合金挤压型材焊成。本节仅对液体运
输车、冷藏车与液化天然气运输车的铝化作简要介绍，因为别的运输车已在别的部分作过阐述。
2.1液体运输车
实际上，液体运输车就是罐式车，通常根据运输的物资不同，确定罐的形状、构成和材料，但最关键的是材料与装的液体不发生化学反应，不腐蚀铝。通常选用不锈钢、纯铝或铝合金，有的罐内表面需经过镀钛、涂氟化树脂等处理。
罐式车种类繁多，形状各异，大小不等，有的罐容积非常巨大，如运输液化天然气( LNG)船上的贮罐容积达28 000 L，有的罐是真空的。在确定条件下底盘的质量是确定的，罐体质量就成为影响罐车质量的决定因素，为此，只要铝及铝合金对所运输物资品质无影响，就要用铝或铝合金板材焊制，以减轻车的质量，达到节能减排降耗环保的目的。
2.1.1 油罐车
运输航空汽油与喷气机煤油的油罐必须用铝合金焊接，因为即使用不锈钢罐，也会有极微量铁进入油内，这是不允许的。简体截面为圆弧矩形，这是基于降低车的重心和在车辆外形尺寸范围内加大截面积的考虑，根据GB 18564，采用5083铝合金焊接，板厚5 mm～6 mm，铝合金罐体截面如图1所示。日本三菱汽车公司开发的16 t油罐车，除罐是用铝合金板焊接的之外，其车架(11210 mm×940 mm×300mm)是用铝合金型材制造的，比钢架的轻320 kg，整车减轻1.5 t。有限元分析与试验测试表明，全铝合金油罐车有足够的刚度与强度。
防浪板、封头材料与罐体的相同，也为5083铝合金。封头壁厚等于或大于罐体板的，防浪板及加强板厚度比罐体的薄1mm，罐体底部左右支座板厚6 mm～8 mm，材料为5A06铝合金。
罐顶有护栏和走台，走台采用花纹铝板或网板，护栏由铝管制成，其高度不小于罐顶功能装置的最大高度。为了减少罐体外侧面附件，改善外观整体性，顶部油气回收管、控制气管、导线及漏水管均从贯穿罐体上下壁的管道中通过。罐体两侧下部有一根铝管，过去用的是低碳钢管，因其内壁漆层易脱落与生锈，维护工作量大且不方便，改用铝管后，这些不足之处都得以消除，同时也有一些减重效果，也不能采用PV塑料管，因内壁易划伤、不耐磨、刚度低。铝管可用有缝焊接管，它可与罐体的铝合金鞍座焊成一体。油罐车所需的铝材中国现在都能批量生产。
中国在铝合金油罐汽车领域处于世界领先水平，2009年8月中集车辆（山东）有限公司与美国铝业公司（以下简称美铝）签署了建立战略合作伙伴关系协议，为亚洲商业运输市场设计制造一款新型节能环保的铝合金油罐车。此车的自身质量比传统不锈钢车轻30%，从而可大幅度增加有效载荷、提高燃油经济性和减少排放，在其生命周期可减少CO2排放90 t，节能全铝油罐车项目的投资可在一年内回收。
生产这种全铝油罐车的板材由美国铝业公司渤海铝业有限公司提供，Hack牌紧固件由美铝紧固件系统（苏州）有限公司生产，而锻造铝合金车轮为Dura Bright牌的，来自美铝设在匈牙利的克非姆( K fem)锻压厂。这实际上是一辆全铝油罐车，2009年10月首台原型样车在济南和北京进行了路试，取得了圆满结果，达到了设计目标。这种轻量化的、环境友好型的高档油罐车不但在中国而且在亚洲都有着相当大的市场潜力。
还必须指出，油品、液化天然气、其他易燃易爆液态化学品在贮存和运输过程中易发生燃烧与爆炸，影响大，危害广，给人们生活和企业生产带来很大影响。因此，易燃、易爆气体、液体储存、运输的罐、槽、箱的防火、防爆是一个不容忽视的大问题。
20世纪80年代以来国外在研发金属抑爆材料方面取得了巨大成就，往油品、液态化工产品等的贮存、运输罐等中加一定量的由3003铝合金箔制成的呈蜂窝形的网状或球状抑爆材料，可以防止它们的燃烧与爆炸。这种抑爆网或球是用厚0. 05 mm、宽250 mm的3003-H18（或H24）铝合金箔制成的。3003铝合金抑爆箔的主要技术性能见表1，网状防爆材料装填量见表2。
3003铝合金箔网与球能有效预防罐内油品与液化气的燃烧与爆炸，在海湾战争期间美国直升机与战车油箱中都装填了防爆铝箔网，即使被枪弹击中也未起火，美国拉莫公司( RAMO)生产的轻型攻击型巡逻舰的462 L油箱中装填了抑爆材料后，经受了300发曳光弹与穿甲燃烧弹的射击试验没有发生爆炸。不过它的主要不足之处是，在油品中浸泡1 a或
更长一些时间会发生腐蚀，不但腐蚀产物对油的品质有影响，而且箔的伸长率急剧下降，在外力如震动作用下会发生断裂失去抑爆效能。因此，研发新的抑爆铝材成为当务之急，清华大学材料系李建国教授在这方面做了许多工作，取得了可喜的成果，研发出性能优秀的6×××系铝合金箔抑爆材料，但是至今未形成批量生产能力。
各种食用油及工业用油的罐都可以用铝制造。
2.1.2化工产品
按照石油化工产品及其他常用物质对1×××系及5×××系铝合金的腐蚀情况，可将它们分为三类：第一类是与铝不起化学作用的物质，即与铝接触时不发生腐蚀，可以用两系铝合金制造贮存容器；第二类是指那些轻微腐蚀铝的物质，如果对铝采取有效的防护措施，铝与它们接触是安全的；第三类物质是铝与它们接触时会发生严重的腐蚀。
介质浓度、温度、压力与运动状态对铝的腐蚀有很大影响。浓度的影响一般是随浓度增加腐蚀速度加快，但是例外的情况也很多，因此，关于铝的腐蚀与介质的关系应针对具体情况讨论。腐蚀速度总是随着温度和压力的升高而升高。
大部分无水的无机盐、石油与石油产品、有机化合物不腐蚀铝，但其水溶液或含有少量水时腐蚀铝。也有的物质如乙二酸-烷基醚无水时腐蚀铝，有少量水时反而不腐蚀铝。
铝在浓硝酸和醋酸中具有良好的化学稳定性，但100%的醋酸及沸腾的0.25%~95%醋酸腐蚀铝。铝在稀硫酸和发烟硫酸中稳定，在中等和高浓度的硫酸中则不稳定，铝在硫酸溶液中稳定。
铝材在受力时或经弯曲、冲压及焊接后，都会在工件内产生一定的内应力，会加速铝的腐蚀，因此应采取消除残余应力的措施。铝材表面状态对其腐蚀也有影响。如表面上存在划痕、裂纹、孔穴等缺陷，易形成浓差电池，加速腐蚀。
可用高纯铝制造浓硝酸(98%)、醋酸、福尔马林贮罐与罐车，工业纯铝制造浓硝酸、冰醋酸、醋酸、尿液贮罐与罐车，可用5052铝合金制造乙二醇贮罐与罐车。
2.2冷藏车与液化气运输车
铝与钢在性能与温度关系方面的最大不同点在于钢有低温脆性，而铝及铝合金则没有，当温度降低时，铝及铝合金在强度性能增加的同时，塑性与韧性也随着温度的降低而上升，因此铝合金成为制造低温装备与设施的良好材料。常用汽车铝合金的低温性能见表3。运输液化天然气的罐车与贮存液化天然气的大罐可用5083-0铝合金板材焊接。
考格尔( K egel)公司生产的半冷藏车在使用了铝合金后，车的自身质量下降480 kg。用铝合金板材、型材及其他材料制造冷藏运输车的另一优点是，铝是一种洁净、对人体无害、对环境友好的金属，易清洗，不吸收和散发气体。冷藏车的四壁为三层复合材料，上下层为铝合金薄板、中间为保温材料，具有很强的绝热保温性能。3铸造铝合金
在可预见的时期内，铝在汽车中的用量会逐年上升。减轻车的自身质量是扩大铝应用主要目的之一，为了大幅度减轻车的质量，人们正在研究将车体质量中所占比例较大的车身（约30%）、发动机(约18%)、传动系统（约15%）、行走系统（约16%）、车轮（约5%）等钢铁零件用铝合金材料替代。车轮的铝化已基本完成，发动机的铝化也差不多了。
在汽车用的铝合金中，压铸及其他铸造合金约占80%，加工铝材仅占20%余，随着车身铝板带用量的上升，铝材占的比例会逐年有所上升，但上升幅度不会很大。在汽车铝铸造件中，压铸件的产量约占70%，所以压铸铝合金在汽车用铝中占到55%，在各国用的铝中此比例不一样，但都在54%～70%。
在全世界当前消费的再生铝合金中约80%用于生产各种压铸件及铸件，主要用于生产汽车、摩托车零件，它们要求合金具有良好的铸造性能，所以再生铝及铝合金多用于生产YL1××系及ZL1××系铝合金（Al-Si系合金）。
压铸铝合金用得最多的是YL101、YL102、YL104、YL112、YL113、YL117与YL302铝合金；在铸造铝合金中，汽车工业用得多的为：ZL101、ZL101A、ZL104、ZL105、ZL105A、ZL106、ZL108、ZL109、ZL110、ZL111、ZL114A、ZL115、ZL116铝合金等。
4基础研究是关键
推广全铝汽车与加大铝在汽车上应用，铝加工企业与汽车制造企业宜加强合作共同努力做好这项工作外，还必须加大科技投入，加强基础研究。我们都已看到跨国汽车公司的产品更多，科技含量也更高，产品谱系也更健全。其实这仅是它们作为跨国巨头的显性特征，而它们在基础研究领域持续大额的投入是支撑其显性特征的根基。基础研究往往是最基层、最核心、同是也是最花成本，并且短期内无法看到效益的行为，但这是形成核心竞争力的基础，我们必须这么做，这一步是必须迈出的。
美国铝业公司与2015年向市场推出了AlcoaMicromi11@汽车车身薄板铝合金及生产技术，已在公司的圣安东尼奥轧制厂投人生产，福特汽车公司已批量用此板材制造F-150型皮卡车。此合金及其板材生产工艺的推出在铝材发展史上具有里程碑意义。与常规汽车车身板相比，它的成形性能高40%，强度性能高30%，所制板钣件的性能比高强度低合金钢的还好，而其质量却比钢的轻30%。中国铝工业与汽车制造业宜联合起来研发此项技术，也可以引进。
