در ساخت هر خودرو از چه موادی استفاده می‌شود؟

هر خودروی معمولی تقریبا بیش از ۳۰٫۰۰۰ قطعه کوچک و بزرگ دارد. در ساخت قطعه‌های و قسمت‌های مختلف خودرو از مواد مختلفی استفاده می‌شود. فلزهای گوناگون، انواع پلاستیک، مواد ترکیبی (کامپوزیت) و شیشه در صنعت خودروسازی بسیار پرکاربردند. در این مطلب به موادی که کاربرد بیشتری دارند اشاره خواهدشد تا دریابیم در ساخت خودرو از چه موادی استفاده می‌شود.

فولاد

بارز‌ترین ماده مورد استفاده در ساخت خودرو فولاد است. فولاد از آلیاژهای آهن است که کمتر از 2 درصد کربن و 1 درصد منیزیم و کمی هم گوگرد، فسفر، سیلیکون و اکسیژن دارد. فولاد طی صد سال گذشته رایج‌ترین ماده‌ مورد استفاده در ساخت بدنه خودروهای معمولی بوده است. فولاد ماده مستحکمی است و در عین حال با دستگاه‌های پرس به‌راحتی شکل‌ می‌گیرد و نسبتا ارزان هم هست. به‌همین علت، اکثر خودروهایی که در مقیاس تجاری و انبوه تولید می‌شوند، بدنه و شاسی فولادی دارند و البته از آلومینیوم نیز بهره می‌برند. فولاد و آلومینیوم هر دو قوی هستند اما فولاد ارزان‌تر است، لذا در خودروهای عادی بیشتر از فولاد استفاده می‌شود. تقریبا بیشترین ماده به‌کار رفته در همه خودروها فولاد است.

فولاد علاوه بر بدنه و شاسی در ساخت چرخ‌ها، موتور، موتورهای الکتریکی، اجزای سیستم تعلیق و برخی از قسمت‌های اگزوز نیز فراوان به‌کار می‌رود.

البته نوع فولادی که در بخش‌های مختلف خودرو به‌کار می‌رود یک‌سان نیست و میزان استحکام آن بسته به برخی ملاحظات از جمله فشاری که بر آن بخش وارد می‌شود، فرق می‌کند.

این فلز ارزشمند در صنایع دیگر نیز بسیار پرکاربرد است و از کشتی‌ها تا لوازم خانگی و ابزارهای آشپزی و پزشکی از آن بهره می‌برند. فولاد از چندمنظوره‌ترین و مهم‌ترین فلزهای دنیاست.
 

آلومینیوم

آلومینیوم از فولاد قوی‌تر اما سبک‌تر است و برخلاف فولاد، زنگ نمی‌زند اما پرهزینه‌تر است، لذا معمولا در خودروهای گران‌قیمت‌تر کاربرد بیشتری دارد. استفاده از آلومینیوم به‌جای فولاد، وزن و درنتیجه، مصرف سوخت و میزان آلایندگی خودرو را کاهش می‌دهد. آلومینیوم به‌سبب برخورداری از این مزیت‌ها رقیب جدی فولاد و کاربردش در صنعت خودروسازی روبه‌افزایش است.

قبلا آلومینیوم فقط در خودروهای خاص به‌کار می‌رفت. اما استفاده از آن طی دهه گذشته به‌طرز چشمگیری افزایش یافته و به یکی از فلزهای مطلوب برای ساخت بدنه خودرو تبدیل شده است. امروزه بسیاری از خودروها سقف، درب و درب صندوق عقب آلومینیومی دارند. بهره‌گیری از آلومینیوم در ساخت بدنه موتور نیز روبه‌افزایش است و در بسیاری از خودروها کم‌کم جایگزین چدن می‌شود. با این‌حال، در اکثر خودروها فولاد هنوز پرکاربردتر است.

تیتانیوم

شاید کمی عجیب باشد، اما در ساخت برخی خودروها از تیتانیوم نیز استفاده می‌شود! تیتانیوم هم مثل آلومینیوم فلز نسبتا گران‌‌قیمتی است زیرا استخراج پرهزینه‌تری دارد. به‌همین علت هنوز کاربرد گسترده‌ای ندارد و در برخی خودروها عمدتا در بعضی از اجزای موتور درون‌سوز به‌کار می‌رود. تیتانیوم فلزی مستحکم و در برابر گرما، خوردگی و اکسایش مقاوم است و در عین حال، چون مثل آلومینیوم ‌چگالی کمی دارد، فلز سبکی است. تیتانیوم با این‌که گران است، برای ساخت چارچوب بدنه خودرو گزینه بسیارخوبی است زیرا قوی، سبک و ضدزنگ است. سبکی آن نهایتا به افزایش بازده خودرو و کاهش مصرف سوخت آن منجر می‌شود.

معدودی از خودروسازها در بعضی از بخش‌های مهم فلزی خودرو فولاد و آلومینیوم را با تیتانیوم جایگزین کرده‌اند. البته جلوه‌گری بصری خودرو نیز در انتخاب این فلز بی‌تاثیر نبوده است.

منیزیم

منیزیم از سال 1930 بدین‌سو در ساخت بدنه، ساختمان و بعضی از قسمت‌های موتور خودرو رواج یافته است. منیزیم 75 درصد از فولاد و 33 درصد از آلومینیوم سبک‌تر است، ضمنا نسبت به وزنش بسیار مستحکم است، اما فقط در بخش‌های معدودی به‌کار می‌رود تا توزیع وزن در خودرو متعادل باشد.

الیاف شیشه (فایبرگلاس)

الیاف شیشه یا فایبرگلاس ماد‌ه‌ای مرکب از هوا و رشته‌های نازک شیشه است که هم عایق حرارت است و هم برای تقویت مواد پلاستیکی و ترکیبی به‌کار می‌رود. این ماده نسبتا ارزان و بسیار شکل‌پذیر است و ضمنا با شیشه خالص فرق دارد، زیرا در اصل نوعی پلاستیک است که با رشته‌های شیشه تقویت‌ شده است. شیشه سخت‌تر و سنگین‌تر است اما الیاف شیشه ترکیبی از رشته‌های به‌هم‌بافته شیشه است که در لایه‌هایش هوای فراوانی دارد و به‌همین علت، از شیشه سبک‌تر است.

در صنعت خودروسازی، الیاف شیشه معمولا در ساخت سقف، چرخ‌ها، سپر جلو، بدنه و نخ‌دوزی تایر به‌کار می‌رود. چون فولاد در این قسمت‌ها زود زنگ می‌زند، به‌جایش الیاف شیشه به‌کار می‌رود که هم قوی و هم ضدزنگ است. ضمنا الیاف شیشه ضدآتش است، پس در صورت بروز حادثه، راننده و مسافران ایمن‌تر از خودرو خارج می‌شوند.

باید اضافه شود که الیاف شیشه با پشم شیشه فرق دارد. پشم شیشه عایق حرارت است اما الیاف شیشه هم عایق و هم تقویت‌کننده است. نکته دیگر این‌که الیاف شیشه (فایبرگلاس) با الیاف کربن هم تفاوت دارد. الیاف شیشه از رشته‌های نازک شیشه اما الیاف کربن از رشته‌های نازک اتم‌های کربن ساخته شده است. هر دو را می‌توان با چسب لاستیک به هم چسباند تا ماده سخت‌تری حاصل شود.

پلاستیک

پلاستیک نیز در خودروسازی پرکاربرد است. بسیاری از مدل‌های خودرو، بدنه عمدتا پلاستیکی دارند. پلاستیک سبک است، مصرف سوخت خودرو را کاهش می‌دهد و راحت بازیافت می‌شود. ضمنا تولید پلاستیک ساده و ارزان است و تعمیر صفحه‌های پلاستیکی بدنه نیز هزینه چندانی ندارد.

البته وقتی می‌گوییم «پلاستیک»، به مجموعه بزرگی از مواد ترکیبی و نیمه‌ترکیبی اشاره داریم که از منابع طبیعی مختلف و طی فرآیندهای متفاوتی تولید شده‌اند و کاربردهای‌شان نیز بسیار متنوع و مدام روبه‌افزایش است. پلاستیک‌ها‌یی که در خودروسازی به‌کار می‌روند، معمولا از زغال‌سنگ، نفت خام، گاز طبیعی، نمک و سلولز ساخته می‌شوند.  

امروزه تقریبا همه قطعه‌های نرم و سخت تزیینی خودروهای عادی پلاستیکی هستند. این مواد در فضای داخلی خودروها مثل داشبورد، نمایشگرها، صندلی و... کاربرد بسیاری دارند. معمولا روکش چرم صندلی‌ها نیز با لایه نازک پلاستیک پوشانده می‌شود تا بادوام‌تر باشد. حتی در ساخت مخزن سوخت نیز مواد پلاستیکی مختلف به‌کار می‌رود. پیشرفت‌ فناوری به تولید پلاستیک‌های چندمنظوره‌تر و کارآمدتری انجامیده است که ویژگی‌های خاص‌تری دارند. لذا امروزه در بسیاری از خودروها خیلی از اجزایی که قبلا از فلز ساخته می‌شدند، مثل موتور و رانشگر، امروزه پلاستیکی شده‌اند.

لاستیک

لاستیک در صنعت خودروسازی ماده بسیار مهمی است زیرا در ساخت تایر به‌کار می‌رود. جالب است بدانیم که برای ساخت تایر خودرو باید بیش از 200 ماده با هم ترکیب شوند تا تایر ایمنی کافی داشته باشد، مصرف سوخت را بی‌خود افزایش ندهد، از بازده خودرو نکاهد و در عین حال با محیط زیست سازگار باشد.

بخش لایه‌‌رشته‌‌ای تایر از لاستیک طبیعی ساخته می‌شود اما برای تقویت رشته‌ها لاستیک مصنوعی نیز به‌کار می‌رود. ضمنا برای این‌که تایر شکل خود را حفظ کند، از فلز و کابل‌های پارچه‌ای تقویت‌شده استفاده می‌کنند.

البته همان‌طور که اشاره شد، تعداد مواد به‌کاررفته در تایر خودرو بیش از این‌هاست. مثلا برای افزایش دوام تایر از کربن سیاه و سیلیکا استفاده می‌شود. معمولا عوامل شیمیایی دیگری را هم به ترکیبات می‌افزایند تا ویژگی‌های خاصی حاصل شود؛ مثلا تایر کشش بهتری داشته باشد و در برابر گردش فرمان مقاومت کمتری نشان دهد.

یکی از معایب تایر لاستیکی این است که حتی اگر بلااستفاده بماند نیز کهنه و فرسوده می‌شود. نفت و مواد شیمیایی موجود در ترکیبات تایر که سبب انعطاف و دوام آن می‌شوند، در صورت تابش مستقیم نور فرابنفش فرسوده می‌شوند و نتیجتاً روند فرسایش تایر تسریع می‌شود. در برخی لاستیک‌ها برای این‌که روند فرسایش تایر کند شود، از ترکیبات شیمیایی ضداُزُن (آنتی‌اُزُنانت) بهره می‌برند، زیرا در هوا مقدار کمی ازن وجود دارد که سبب می‌شود مواد لاستیکی و پلاستیکی تدریجا ترک بخورند. این‌گونه تایرها معمولا برای پیمایش مسافت‌های طولانی ساخته می‌شوند.

شیشه

البته که در خودروهای امروزی شیشه ماده بسیار مهمی است، زیرا سبب می‌شود اطراف‌تان را ببینید و ایمن رانندگی کنید. شیشه‌های جلو، کنار و عقب خودرو و نیز آینه‌ها همگی از شیشه ساخته شده‌اند.

برای ساخت شیشه ابتدا مواد خشکی مثل سیلیکا را گرما می‌دهند تا نرم شود و سپس آن‌را سریع خنک می‌کنند تا از ذوب شدن ترکیبات حاصله جلوگیری شود. با این کار، اتم‌ها در وضعیتی بین حالت مایع و جامد تثبیت می‌شوند. لذا شیشه با این‌که ماده سختی است اما از نظر فیزیکی نه مایع و نه کاملا جامد است و به‌همین سبب شفاف است.

سایر موادی که در ساخت خودرو به کار می‌روند

علاوه بر آنچه گفته شد، برخی فلزها و مواد دیگر نیز در صنعت خودروسازی کاربرد گسترده‌ای دارند که در ادامه تنها به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:

مس

مس رسانای کم نظیری است که در سیم‌کشی برق خودروها و نیز در اکثر موتورهای برقی به‌کار می‌رود. این ماده براق و سرخ‌فام سومین فلز پرکاربرد صنعت است. استفاده بشر از مس هزاران سال قدمت دارد. مس از نخستین فلزاتی است که نیاکان ما ساخت وسایل با آن را آموختند.

سرب

در برخی از اجزای خودرو، به‌ویژه در باتری‌های سرب-اسید از سرب استفاده می‌شود. باتری سرب-اسید از مهم‌ترین اجزای خودروهای بنزینی و گازوئیلی است که بدون آن خودرو اصلا روشن نمی‌شود.

سایر فلزها: پالادیم، پلاتین، رودیم و...

در خودروها از پالادیم، پلاتین و رودیم نیز استفاده می‌شود اما اسم‌شان را کمتر می‌شنویم زیرا فلزهای کم‌یاب و گرانی هستند و بیشتر در مبدل‌های کاتالیتیک به‌کار می‌روند. مبدل‌ کاتالیتیک وسیله‌ای است که خروجی اگزوز خودرو را کنترل می‌کند تا میزان انتشار گازهای سمی و آلاینده کاهش یابد.

الیاف کربن (فیبر کربن)

الیاف یا فیبر کربن بسیار سبک اما نسبت به وزنش بسیار قوی است، ضمنا چون ماده بسیارسختی است و ساختمان پایداری دارد، قطعه‌های ساخته شده از آن فشار فیزیکی بیشتری را تاب می‌آورند و اگر به‌جا از آن‌ استفاده شود، به افزایش ایمنی خودرو کمک می‌کند.

الیاف کربن اغلب در قسمت‌هایی مثل سپر جلو که نقش آئوردینامیک موثرتری دارند، به‌کار می‌رود تا اثر برخورد باد را کاهش دهد. در شبکه جلوی رادیاتور، داشبورد و برخی دیگر از اجزای خودرو نیز از الیاف کربن استفاده می‌شود. اغلب الیاف کربن را با پلاستیک ترکیب می‌کنند تا تقویت شود. گاهی نیز آن‌را با سرامیک ترکیب می‌کنند تا در دیسک ترمز به‌کار رود.

قطعه‌های فیبرکربنی، هم قوی هستند و هم از قطعه‌های فولادی و فلزی سبک‌ترند. سبکی این ماده، آئرودینامیک خودرو را بهبود و مصرف سوخت آن‌را کاهش می‌دهد، بر سرعت خودرو می‌افزاید و نیروی پس‌آر (drag) را می‌کاهد. اما الیاف کربن چون ماده گرانی است، بیشتر در خودروهای ورزشی یا مسابقه‌ای پیشرفته به‌کار می‌رود.

مطلب را با یادآوری این نکته به پایان می‌بریم که فهرست کامل مواد مورداستفاده در خودروها مفصل‌تر از این‌هاست. ما برخی از مهم‌ترین مواد را نام بردیم اما برای مثال به فلزهایی مثل طلا و نقره که در بعضی از اتصال‌های برقی به‌کار می‌روند، نپرداختیم.

دانش و فناوری ساخت مواد پیوسته روبه پیشرفت است و احتمالا با سربرآوردن فناوری نانو بیش‌ازپیش رشد خواهدکرد. پس تولید آلیاژهای جدید و مواد نوین در خودروهای آینده چندان بعید به‌نظر نمی‌رسد.