汽車行業發展趨勢

　　汽車行業的發展經受著來自各個方面的壓力。過去十年來，為了減輕車輛重量，車輛使用更薄更堅固的材料，這樣汽車就越輕，耗油量也會減少；然而代價就是這些材料，如新型高級合金本身價格會更昂貴，而且它們必須能適應更高的工作溫度才能被生產制造出來；與鋼相比，這些金屬和合金在高溫下更易氧化。一些企業采用多種戰略，將新舊技術，工序和材料結合起來使用。美國好富頓國際公司的汽車行業經理大衛·布戴說：的確是“眾口難調”。布戴的主要工作是幫助生產設備制造商們協助生產出正在開發的或預計在2022年或2023年上市的汽車。

　　布戴說，為了達到美國公司平均燃油經濟性（簡稱CAFE，以燃燒每加侖汽油能跑的英里數值來衡量）的標準，美國的設備制造商為減輕汽車重量采用了各種不同的戰略。一些廠商制造更輕型的發動機，一些則制造更輕的結構件如車身面板，來提高CAFE。

　　設備制造商們正在尋找具有延展性和耐磨性好的材料。“我們注意到在特定的發動機部件中，更多的鋁合金含有鈦，例如動力總成閥，凸輪軸，銷，曲軸以及排氣和進氣閥等部件，”布戴說。他的同事趙一星博士是資深科學家兼創新團隊負責人，他補充說，新型鋁合金具有高韌性，更加堅硬。趙博士說，其實航空航天業對鈦的應用已經十分廣泛，而潤滑介質廠商們以前為航空行業開發的產品，越來越多地應用到了其他行業上。

　　加工介質的發展

　　隨著材料和合金的改變，加工過程也必須隨之改變。配方設計師們正在尋找使用壽命長的加工介質來減少停機時間并提高生產力。他們的客戶希望加工速度可以更快，但液槽希望可以更小以便減少用量。人人都想制造出低泡且不腐蝕工件的加工液，又能在硬水中保持穩定，同時其添加劑能有效抑制細菌的滋生（當然是符合法規允許使用的抗菌劑）。不僅如此，金屬加工液制造商正在開發能與泄漏到加工液中所有雜油兼容的加工介質。

　　北美和亞洲公司大多使用水基加工介質，但是歐洲公司也開始從使用礦物油轉向使用水基加工介質。趙博士說，水基加工介質是比較復雜的，你必須平衡其中所有的組分。加工高強度材料時會產生更多的熱量，而比起礦物油，水基加工介質是更好的冷卻液。新技術的水溶性加工介質具有更好的清凈性能（防止污物顆粒聚集并粘附在金屬表面），分散和潤濕能力強，這些特點都是加工輕金屬所必需的。

　　高溫與高壓

　　適合軟金屬高速加工的加工液必須具有良好的冷卻和潤滑性能，以防止摩擦引起的過熱。如果溫度過高，軟金屬會膨脹并失去強度。但是，許多新的高強度合金必須加熱到較高溫度才能制造出來。

　　麥卡爾說，以前僅用于航空航天工業的鋁合金現在已經開始在汽車工業獲得使用。6000和7000系列合金通常在260-400℃（500-750°F）的高溫條件下形成。這縮小了用于成形的潤滑劑種類的范圍。麥卡爾說，汽車業必須在高溫高壓條件下使用潤滑油，同時潤滑油需要與黏合劑、清潔劑、底漆和焊接兼容。

　　鋁材的氧化

　　黑色金屬在中性至酸性環境中容易被腐蝕，但不會發生在強堿性環境中，因為它們的表面氧化物層在高pH條件下是穩定的。鋁很容易形成一層保護氧化物層，但氧化物在中性點兩側的一個相當狹窄的pH區域內是穩定的。通常，金屬加工介質的pH值保持在9以上，用來保護昂貴的鋼制刀具。但在這個高pH值下，鋁零件會腐蝕變色，高堿性液體能迅速地溶解保護性氧化鋁層，所以金屬加工介質需要添加腐蝕抑制劑。

　　加工或研磨會去除工件表面氧化層，產生金屬新表面，在這個過程中需要使用加工介質來保護金屬新表面免于與刀具或切屑直接接觸而產生積屑瘤。

　　輕微的腐蝕會導致鋁件有黃色或金色的變色，即使是選擇使用了正確的金屬加工介質，但這一般只出現在使用了較長時間的工作液，其中的腐蝕抑制添加劑差不多已消耗殆盡時發生。如果使用僅適合于黑色金屬的加工介質來加工鋁件時往往會導致更嚴重的腐蝕，并產生灰色或黑色的變色現象。即便是使用正確的金屬加工液，如果某些添加劑（例如三嗪殺菌劑）的池邊添加量較多，使加工介質的pH值升得過高，也會在加工時導致鋁件腐蝕。

　　適應性問題

　　一些加工介質配方被宣傳為擁有多種用途，適用于廣泛的金屬加工領域。“這是一個追求平衡的做法，”麥卡爾說。您可以針對一種金屬或一種配方進行優化操作，但“用戶不愿意在工廠里存儲太多不同的加工介質”。因此，這是簡化庫存和優化性能之間的折衷做法。麥卡爾說：“如果這項加工很關鍵，那么你只能在特定類型的操作中使用特定的加工介質。”

　　加工介質不僅必須與工件（其可以進行各種表面處理，包括高強度鋼上的鍍鋅涂層）兼容，而且還與它們接觸的各種刀具材料和模具涂層相兼容。

　　環境因素

　　推動輕金屬發展的主要因素是車用燃料對于經濟性需求的提高，有利于環保。環境因素也會影響加工介質的配方。目前就有“微量潤滑”（MQL）的趨勢，取代“大量潤滑”。這種方法通常需要改變制造設備以及加工介質。

　　干式加工在許多操作中已被證明是成功的，但是對于需要冷卻和潤滑的操作仍需要金屬加工介質，以減少刀具磨損，并通過減少殘余應力，尺寸誤差和表面光潔度差異來生產出更高質量的零件。加工介質還允許機器以更快的速度運行而不會產生過多的熱量。

　　環境因素也會影響添加劑的使用。例如，傳統的EP添加劑，包括硫、氯和磷添加劑，可以與鋼反應，但不一定能與有色金屬、鍍鋅鋼和刀具涂層發生反應。設備商工廠已經不再使用含氯的加工液，但是在一些重負荷的加工中，比如一些不銹鋼的加工，含氯的加工介質很難被替代。

　　斯林克曼說，監管要求因地區而異。我們必須對我們的產品線進行全面的審查，以確保產品符合標準。為了跟上監管變化，同時減少重新調整配方的工作量，在開發產品的時候，我們要找到在多個不同區域都被允許使用的原材料。

　　卡莫迪指出，好富頓的許多客戶都希望在世界各地的大部分或全部地區使用這些產品，但是有時需要做專門的區域配方來適應水質等各方面的差異。

　　展望未來

　　麥克盧爾說，競爭和監管共同推動金屬加工介質的改革。加工介質配方的變化不僅受到零部件制造商新要求的驅動，也受到化工公司研發實驗室新產品的推動。

　　預計未來五年全球私人汽車和輕型商用車需求將增長5.5％。中小型燃料電池需求將同時增長，部分原因是新材料，如輕量化的鋁和鈦合金，正在試圖減輕重量和提高燃料效率。技術進步的同時也需要提高金屬加工介質的性能，延長刀具壽命，在保證加工質量的前提下，降低綜合使用成本。

　　隨著V8發動機到V6和I4發動機的小型化以及渦輪增壓的加入，汽車的減重趨勢仍在繼續。較小的渦輪增壓汽油發動機會產生更多的熱量，這提高了發動機罩下的溫度。幾年前，有廠商用熱塑性塑料代替鋼制發動機部件，但現在一些常用的熱塑性塑料并不能總是經濟地處理這些高散熱性的小發動機所產生的高熱量。因此，鋁和鎂被認為是性價比更高的替代品。

　　用各種新材料和新工藝整合成高效可靠的車輛，這是行業所面臨的復雜挑戰。不過汽車行業的金屬加工介質的研發專家們顯然已經為此做好了充分的準備。