1、定義
鈦環(huán)是電動(dòng)汽車(chē)中使用的環(huán)形鈦合金部件，主要用于電池系統(tǒng)、電機(jī)、電控系統(tǒng)及車(chē)身結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部位，需滿足輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕及電磁兼容性要求，以提升車(chē)輛續(xù)航里程、安全性與性能表現(xiàn)。
2、材質(zhì)
| 鈦合金牌號(hào) | 特性 | 典型應(yīng)用場(chǎng)景 |
| Ti-3Al-2.5V（Gr.9） | 冷成形性優(yōu)，耐疲勞，適合薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 | 電池模組固定環(huán)、電機(jī)殼體連接環(huán)。 |
| Ti-6Al-4V（TC4） | 高強(qiáng)耐疲勞（≥900 MPa），用于高應(yīng)力旋轉(zhuǎn)部件。 | 電機(jī)轉(zhuǎn)子鎖緊環(huán)、傳動(dòng)軸法蘭環(huán)。 |
| Ti-15Mo-5Zr-3Al | β型合金，彈性模量低（55 GPa），抗應(yīng)力腐蝕，適合動(dòng)態(tài)精密機(jī)構(gòu)。 | 電控系統(tǒng)散熱器支架環(huán)。 |
| CP-Ti（Gr.2） | 工業(yè)純鈦，耐腐蝕性優(yōu)，成本低，適合非承重結(jié)構(gòu)。 | 車(chē)身輕量化連接環(huán)、線束固定環(huán)。 |
3、性能特點(diǎn)
輕量化：密度（4.5 g/cm3）僅為鋼的57%，相同強(qiáng)度下減重40%，提升續(xù)航里程5–10%；
高強(qiáng)度：TC4抗拉強(qiáng)度≥900 MPa，滿足電池包抗沖擊要求（GB 38031標(biāo)準(zhǔn)）；
耐腐蝕性：耐鹽霧、融雪劑腐蝕（腐蝕速率＜0.001 mm/年），延長(zhǎng)車(chē)輛壽命；
無(wú)磁性：避免干擾電機(jī)、傳感器等精密電子設(shè)備；
熱穩(wěn)定性：短期耐溫達(dá)300℃，適合電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。
4、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：
ASTM B348（鈦合金棒材/環(huán)件通用規(guī)范）；
ISO 6469（電動(dòng)汽車(chē)安全要求）；
SAE J2929（電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)機(jī)械性能測(cè)試）。
中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T 31467.3（電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池包安全性要求）；
QC/T 1067（電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)條件）。
5、加工工藝
精密成型：
冷旋壓：加工薄壁環(huán)（壁厚1–3 mm，圓度≤0.05 mm）；
激光粉末床熔融（LPBF）：3D打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)環(huán)（層厚30 μm）。
表面處理：
陽(yáng)極氧化：生成10–20 μm TiO?膜（耐腐蝕性提升3倍）；
DLC涂層：類金剛石碳涂層（摩擦系數(shù)＜0.1），減少運(yùn)動(dòng)部件磨損。
連接技術(shù)：
激光焊（焊縫強(qiáng)度≥母材90%）；
超聲波固接（薄壁環(huán)件無(wú)熱變形連接）。
6、關(guān)鍵技術(shù)
電池系統(tǒng)輕量化：
拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)（減重30%同時(shí)保持剛性）；
仿生蜂窩結(jié)構(gòu)（能量吸收能力提升200%）。
電機(jī)高效散熱：
鈦環(huán)集成熱管（導(dǎo)熱系數(shù)提升至300 W/(m·K)）；
表面微槽織構(gòu)（散熱面積增加50%）。
抗沖擊設(shè)計(jì)：
梯度晶粒結(jié)構(gòu)（表層細(xì)晶抗疲勞，芯部粗晶抗沖擊）；
仿生波紋內(nèi)壁（應(yīng)力集中降低40%）。
7、加工流程
原料熔煉：真空自耗電弧熔煉（VAR）制備高純鈦錠（雜質(zhì)含量＜0.1%）。
預(yù)成型：多向模鍛制坯（變形量＞70%），晶粒細(xì)化至ASTM 7級(jí)。
精密加工：
數(shù)控車(chē)削密封面（平面度≤0.01 mm）；
電化學(xué)加工（ECM）深孔流道（深寬比＞10:1）。
表面處理：
等離子噴涂MCrAlY涂層；
激光重熔（功率1–2 kW），涂層致密度提升至＞95%。
檢測(cè)與驗(yàn)證：
高溫持久試驗(yàn)（600℃/300 MPa，斷裂時(shí)間≥100h）；
氧化增重測(cè)試（600℃/1000h，增重≤5 mg/cm2）。
8、具體應(yīng)用領(lǐng)域
電池系統(tǒng)：
電池模組固定環(huán)（Ti-3Al-2.5V，減重30%）；
電池包殼體密封環(huán)（TC4，抗沖擊性能優(yōu)）。
電機(jī)系統(tǒng)：
電機(jī)轉(zhuǎn)子鎖緊環(huán)（TC4，耐離心力≥10,000 rpm）；
電機(jī)殼體連接環(huán)（Gr.9鈦，電磁兼容性優(yōu)）。
車(chē)身結(jié)構(gòu)：
底盤(pán)輕量化連接環(huán)（CP-Ti，耐鹽霧腐蝕）；
車(chē)頂加強(qiáng)環(huán)（Ti-15Mo，抗扭轉(zhuǎn)剛度提升20%）。
典型案例：
特斯拉Model S Plaid：鈦合金電機(jī)轉(zhuǎn)子環(huán)，轉(zhuǎn)速突破20,000 rpm；
蔚來(lái)ET7：電池包鈦環(huán)減重15%，續(xù)航提升8%。
9、與其他材料的對(duì)比
| 特性 | 鈦環(huán)（TC4） | 鋁合金（7075-T6）環(huán) | 碳纖維復(fù)合材料（CFRP）環(huán) |
| 密度（g/cm3） | 4.5 | 2.8 | 1.6 |
| 抗拉強(qiáng)度 | 900–1100 MPa | 500–570 MPa | 800–1000 MPa（層間剪切） |
| 耐溫極限 | 300℃ | 150℃ | 200℃（樹(shù)脂基） |
| 成本比 | 1（基準(zhǔn)） | 0.3 | 1.5 |
| 優(yōu)勢(shì)場(chǎng)景 | 高載荷/耐腐蝕結(jié)構(gòu) | 低成本輕量化部件 | 極致輕量化/復(fù)雜氣動(dòng)外形 |
10、未來(lái)發(fā)展新方向
增材制造（AM）：
激光粉末床熔融（LPBF）制造帶內(nèi)部冷卻流道的電機(jī)環(huán)；
電子束熔絲沉積（EBF）修復(fù)電池包鈦環(huán)局部損傷。
智能功能集成：
嵌入式光纖傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)件應(yīng)力與溫度分布；
形狀記憶合金（SMA）涂層，實(shí)現(xiàn)自修復(fù)功能。
綠色制造：
氫化-脫氫（HDH）再生鈦粉制備近凈形環(huán)件（成本降30%）；
生物基潤(rùn)滑劑用于鈦加工，減少環(huán)境污染。
總結(jié)
電動(dòng)汽車(chē)鈦環(huán)是輕量化與高性能設(shè)計(jì)的核心載體，通過(guò)高強(qiáng)度鈦合金、精密制造工藝及功能集成技術(shù)提升車(chē)輛性能與安全性。未來(lái)，隨著增材制造、智能材料及綠色工藝的突破，鈦環(huán)將推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)向更長(zhǎng)續(xù)航、更高安全及更低碳排放方向演進(jìn)，成為下一代智能電動(dòng)車(chē)的戰(zhàn)略材料。
