铝基复合材料 (AMC) 大约在 40 年前首次出现用于汽车零部件，现在，由于无数应用展示了其功能并突出了其可持续吸引力，看起来它们似乎开始吸引制造商和工程师越来越多的兴趣寻找现有材料的可行替代品。
早在 1980 年代，当 AMC 首次出现时，它们的优势经常被超卖，而且它们的属性在很大程度上未经证实，从而削弱了它们的潜力，并且对它们的声誉影响甚微。随着碳复合材料被更广泛地采用，AMC 很快就被制造商和工程师遗忘，并迅速脱离了人们的视线。然而，近四年后，随后对这些复合材料制造的研发投资取得了进展，被认为有点改变了市场。汽车和航空航天等行业正承受着提高性能的持续压力，而随着减轻重量发挥关键作用，AMC 不再是底层，迅速成为满足立法和其他不断增长的行业需求的“新”解决方案。
AMC 的先驱之一是英国公司 Alvant。最初成立于 2003 年的 CMT，Alvant 创造了一种称为先进液体压力成型 (ALPF) 的工艺，该公司将作为基体的铝和高强度增强纤维结合在一起，以创造高性能铝基复合材料。有四种AMC材料系列，在概念上类似于夹层材料。传统的夹层材料通常由碳复合材料或具有各种蜂窝芯的未增强金属板组装而成。金属板三明治通常是平面的 2D 面板，而碳复合材料品种可以采用 3D 形式。Alvant 为其 CorXal 产品采用单次制造工艺，提供超高刚度和低密度 (~1.9g/cc)。
高强度、高性能 AMC
与非增强金属相比，AMC 还具有更轻的重量和卓越的耐磨性，以及特殊的热和电性能，使其非常适合用于恶劣环境下耐用轻质部件的工程设计。与聚合物纤维增强材料（例如碳复合材料）相比，它们还具有多种优势。这些包括更高的横向强度和刚度、更高的热工作范围、更好的耐磨性、卓越的损伤容限和更容易修复。
事实上，Alvant 认为，与钢相比，AMC 的强度比钢还低一半。这意味着由传统金属（如钢、钛和铝）制成的高负载部件可以被轻质、低惯性的部件取代，而不会增加任何封装尺寸。
降低了成本，同时提高了部件的性能和能力。
应用广泛
AMC 的生产就绪情况也证明是及时的。随着汽车、航空航天和船舶行业对坚固但重量更轻的零件的商业需求不断增加，制造商正在寻找提高产品能力和性能的方法，同时实现燃油效率和可持续性的宏伟目标。他们还证明了自己的能力，尤其是在安全性和可靠性至关重要的情况下，在高压密封、安全起落架和座椅方面具有潜在的应用价值。在性能、效率和精度至关重要的地方，其他用例包括机器人、电动机和汽车悬架。由于 AMC 能够承受高温（~300ºC），因此它们适用于高压电池系统中的组件。
产品制造商和整个行业越来越意识到 AMC 有时如何成为比其他复合材料或非增强金属更好的替代品，这是显而易见的，航空航天和汽车行业的合作伙伴与 Alvant 签署了新项目，这也是显而易见的。
近年来，航空航天公司和起落架系统以及汽车制造商都与 Alvant 开展了合作项目，说明工业部门排队成为 AMC 的早期采用者。
该公司完成了一项为期三年、耗资 120 万英镑的研发计划。该项目与行业世界领先的 GE Aviation、电动机和控制器生产商、以及国家复合材料中心合作，创建了新的计算机辅助工程 (CAE) 软件建模包，用于 AMC 的设计和分析，以缩短产品开发周期。
该项目使轴向磁通电动机（例如电动汽车中使用的电动机）的转子重量减轻了 40%，同时提高了转子的功率惯性比潜力。此外，还减少了装配线零件的数量以缩短装配时间。
据 Alvant 称，随着电气化程度的提高，汽车制造商正在寻求优化电机效率图；例如，通过提高效率作为最终决定车辆能耗的扭矩和速度的函数。该行业面临的挑战是确定提高效率和性能的方法，同时简化制造和总体成本。
“使用 AMC，我们已经能够减轻重量，同时保持电动转子的刚度和强度，最大限度地减少寄生质量并产生更好的整个电机的功率重量比，从而提高效率、范围和响应能力， ” 相关人员说。“此外，我们还可以提供更好的耐热性，最高可达 300°C，使 AMC 成为比聚合物复合材料更适合电机、电池、能量回收系统、风扇和飞轮等应用的材料。”
当前的起落架系统通常比必要的更坚固和更重，因为出色的安全记录导致经过验证的技术得以延续。然而，它们约占飞机重量的 3%，对燃料消耗有相应的影响。
“该项目旨在利用新材料和制造方法来开发和展示可减少起落架重量、燃油消耗和噪音的技术，同时提高可靠性并降低维护、维修和运营成本，”相关人员补充道。
Alvant 对该项目的贡献是 AMC 制动杆的设计、制造和测试，目标是在保持与钢相同的强度的同时，比同等钛部件减轻 30% 的重量。
“大型起落架项目的一个关键目标是测试和展示尽可能多的技术进步，”汤 普 森继续说道。“Alvant 向航空航天一级供应商提供疲劳和压力测试组件，标志着我们在证明我们独特材料的可靠性和适航性方面向前迈出了一大步。”
Alvant 坚信开辟了重要的机会，并迫切需要行业在我们进入时采取不同的思考和行动未来，通过为新型、更省油的飞机投资可持续材料，帮助到 2050 年实现净零碳排放。
Alvant 目前还在考虑探索其 CorXal 材料的进一步潜在航空航天和国防应用，其中一个例子包括在飞机机翼前缘加入单件 AMC。
飞机机翼会受到很大的空气动力、温度的巨大变化，并且容易受到鸟类和雷击的影响。已经发现用于传统机翼制造的现有材料容易受到蒙皮和核心元件之间的粘合降解的影响。这可能是由温度、湿气进入和污染等环境因素引起的，这些因素会对粘合的完整性产生负面影响。结果是设计具有过多安全系数的组件以补偿这种潜在的退化的趋势。
AMC 正在推动环境变化
可以说最重要的是 AMC 的可持续特性，这要归功于在生命周期结束阶段将纤维与铝分离的能力。制造商必须越来越多地将整个生命周期成本纳入设计，这是 AMC 得分较高的领域。如今，人们越来越了解碳复合材料和聚合物复合材料等材料的某些缺点。可持续性的本质现在已经改变了范围，从仅仅关注可持续材料发展到还考虑到整个产品生命周期，以及重复使用的能力，这现在是设计开发中的一个非常重要的考虑因素。
利益相关者现在对企业有不同的期望，将非可持续材料置于更严格的审查之下，并推动制造业的可持续发展趋势。
然而，有一个更大的图景，需要立即关注的重要行动号召。很明显，地球正受到气候变化不可逆转影响的威胁。最大的挑战不仅在于试图纠正这一点，而且还与许多制造组织的错误观念作斗争，即可持续性是艰巨且难以实现的，更重要的是，它成本高昂且损害利润。AMC 只是创新材料的一个例子，它们在很大程度上证明制造不仅可以以更可持续的方式进行，而且可以以更便宜的方式进行，因为可持续性可以提高效率。从根本上说，它是关于使用可优化生产过程中的能源使用并减少浪费的材料，从而节省成本。
文章来源：贤集网
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原标题：《【复材资讯】铝基复合材料在汽车零部件中的应用》
转自：澎湃在线
