Hliník materiál budoucnosti?

Hliník se začíná v konstrukci automobilů objevovat stále častěji.

S jeho použitím však nejsou spojené jenom výhody, ale i některé problémy, které bylo třeba vyřešit. Základním důvodem pro použití hliníku v automobilu je jeho nízká hmotnost. Pakliže vezmete stejný objem oceli a hliníku, potom právě hliník bude třikrát lehčí.

Situace však není úplně tak růžová, jak se jeví. Pakliže vezmeme do úvahy, že v konstrukci automobilů se používají hliníkové slitiny (s podílem hořčíku, silikonu a dalších prvků) a zároveň budeme uvažovat, že hliník je měkčí než ocel, potom nám vyjde, že hliníková karoserie či nosná struktura je o přibližně 40 % lehčí než ocelová. Tyto hodnoty alespoň uvádí Audi a Jaguar u svých modelů A8 a XJ.

Takže „hliníkový“ automobil je o 40 % lehčí než ocelový? Ne, vůbec ne. Pouze nosná struktura je lehčí, další součásti, jako je pohonná jednotka, nápravy či vnitřní vybavení, jsou shodné. Je zjištěno, že samotná karoserie se na pohotovostní hmotnosti automobilu podílí nějakými 30 %, z toho vyplývá, že hliník uspoří na hmotnosti automobilu přibližně 12 %.

Možná se vám to nezdá, ale jedná se o velmi značnou úsporu. Jak říká Audi, s každým procentem snížení hmotnosti je automobil při rovných podmínkách o stejné procento ekonomičtější či rychlejší. Ekologičtí fanatici by určitě namítali, že stejné dynamiky dosáhnete s menším motorem nebo že k zastavení automobilu budou potřeba menší brzdy. Ve skutečnosti tomu tak příliš není. Podívejme se na nový Jaguar XJ.

Díky hliníku jsou jeho brzdy relativně výkonnější, podobně jako pohonné jednotky. Na druhou stranu právě nižší pohotovostní hmotnost umožnila, aby byl základní pohonnou jednotkou šestiválec. Asi bychom našli na každé straně několik pro a proti, neoddiskutovatelným faktem však zůstává, že hliník je dražší než ocel. Je obtížné v současné chvíli říci přesně o kolik, protože jeho cena je strašlivě nestabilní, na rozdíl od pevných cen oceli. Podíváme-li se však na hliník z jiného pohledu, lze ho velmi levně a účinně recyklovat. Uvádějí se dokonce čísla, že 90 % hmotnosti hliníkových částí se v automobilovém průmyslu recykluje. Předností hliníku je i skutečnost, že nerezne. Jeho oxidaci se zabrání snadno – stačí ho trošku „posolit“.

Teď to vypadá pro hliník velmi příznivě. Možná si říkáte, proč se všechna auta nevyrábějí právě z tohoto materiálu. Problém však je v tom, jak hliník spojovat. U oceli je to jednoduchý, levný a léty ověřený proces bodového svařování. Jakmile však přinesete ke svářeči dva hliníkové plechy, aby vám je spojil, nebude vás mít příliš rád. Hliník totiž vede mnohem lépe teplo než ocel, jeho svařování je proto mnohem energeticky náročnější. Podívejme se na příklad.

Prvním celohliníkovým automobilem na světě byla sportovní Honda NSX z roku 1990, která využívala právě bodového sváření. O obrovské náročnosti tohoto výrobního procesu svědčí kromě jiného i speciální výrobní linka v továrně Takenazawa, kde Honda zaměstnává právě pro výrobu modelu NSX ty skutečně nejlepší lidi (když to řekne Honda, tak to skutečně něco znamená). Lepších výsledků však lze dosáhnout svařováním v ochranné atmosféře, kterému se říká MIG (Metal-inert gas). Tato technologie je však technologicky poměrně náročná.

Audi A8 z roku 1994 používalo ve své konstrukci několik technik pro spojování hliníkových výlisků a odlitků. Konkrétně se použilo 1100 nýtů, 500 bodových svarů, 70 metrů MIG svařování a 178 tlakových spojů. Nová Audi A8 ukazuje posun v hliníkové technologii. Využívá ve větší míře odlitků než výlisků a k jejich spojení je použito 2400 nýtů a 84 metrů svarů využívajících rozličných technologií včetně laserového svařování.

Jaguar však přišel s odlišnou konstrukcí. Na rozdíl od Audi používá v menší míře odlitků (ty jsou použity pouze na nejexponovanějších místech z hlediska namáhání). Karoserie modelu XJ je vyrobena především z hliníkových výlisků a je navržena podobnými principy jako běžná ocelová karoserie. Toto řešení bylo umožněno nově vyvinutou technikou nýtování. Právě nýtování je totiž již více než padesát let ověřenou technologií v leteckém průmyslu.

Klasické nýtování spočívá v tom, že se dva plechy provrtají a nýt se rozklepe, čímž se vytvoří pevné spojení. Jaguar však používá novou technologii, vyvinutou společností Henrob. Jak je vidět na přiloženém detailním obrázku (na protější straně vlevo dole), při této technologii se provrtají pouze vrchní pláty. Speciální nýt se totiž nastřelí do spodního plechu a zbývající jeden, dva či více plechů zůstanou pevně spojeny.

Problém nastává v tom, že tyto nýty musí být vyrobeny z té nejlepší oceli a jak známo, hliník není dobré dávat do kontaktu s ocelí. Vzniká tak tzv. elektrogalvanická koroze, která dokáže spojení znehodnotit. Jaguar tedy nýty potahuje speciální látkou, která tomuto jevu zabraňuje. Jaguar používá na produkci modelu XJ více než 3000 nýtů Henrob a jen dva krátké svary MIG. Posléze projde karoserie Jaguaru XJ procesem podobným žíhání oceli, při němž se vytvoří tvrdá kůra, odolávající běžným oděrkám v provozu.

Problém je v tom, že hliníková auta lze vyrábět pouze v omezeném množství. Právě díky tomu se používá na zmiňované dvě luxusní limuzíny, dále potom například na Rolls-Royce Phantom a celou řadu sportovních vozů (Honda NSX, Lotus Elise/Opel Speedster, BMW Z8, Ferrari 360 Modena a další). Další cestu ukazuje BMW s novou řadou 5, v níž kombinuje právě hliník s ocelovými strukturami.

Hliník se původně používal v závodních autech, než ho nahradily kompozity. Podaří se těmto extrémně pevným, lehkým a také drahým materiálům proniknout mezi sériová auta vyjma specialit typu Ferrari Enzo či Porsche Carrera GT?

text: Petr Hanke

foto: archiv

zdroj: Auto rating 5/2003