中國亟需提升技術水平的幾種有色金屬材料
鋁是地球上含量最豐富的金屬元素，高于鐵，具有質(zhì)量輕、比強度高、耐腐蝕、易循環(huán)再回收利用的優(yōu)勢，鋁及鋁材被廣泛應用于航空航天、國防軍工以及國民經(jīng)濟的各個領域。近年來，我國鋁及鋁材的制造已經(jīng)迅速發(fā)展成為世界第一大制造國。然而部分高技術含量、高精度、高質(zhì)量的鋁合金嚴重依賴進口，甚至被歐美主要的生產(chǎn)廠商壟斷。
由于中國鋁工業(yè)起步較晚，技術相對落后，且自主創(chuàng)新力不足，新合金研發(fā)基本是跟蹤國外產(chǎn)品，加上國外對關鍵技術進行封鎖，導致我國中低端鋁材產(chǎn)品充斥市場，多種鋁材過剩；同時，對于航空航天、國防軍工、交通運輸?shù)阮I域的高端鋁材仍處于不穩(wěn)定生產(chǎn)或者成品率低的狀態(tài)，甚至部分鋁材還不能制造，尤其在超大規(guī)格的2xxx系、7xxx系高端鋁材的高綜合性能制造技術方面長期處于瓶頸。
高溫合金是制造高溫高載荷、高低溫交變頻繁、高速氣流沖刷等極端服役環(huán)境下工作的裝備熱端部件不可替代的核心材料；
為滿足苛刻的應用需求，高溫合金中常加入Al、Ti、Cr、W、Mo和Ta、Re、Nb、Co、C、B、Y等十余種強化元素，通過固溶強化、析出相強化、碳硼晶界強化等方法保證合金具有足夠的高溫強度，優(yōu)異的抗高溫氧化和腐蝕性能，良好的合金組織穩(wěn)定性，還要保證合金長時間穩(wěn)定工作而無有害相析出，其機制復雜，給合金的研制帶來極大的困難。
國內(nèi)外現(xiàn)狀
英美絕對領先：技術牽引模式，在經(jīng)過上世紀八九十年代追求高性能的系列研究后，三代單晶葉片和渦輪盤已工程應用，四代材料技術已成形，近年研究重點再發(fā)展穩(wěn)定化、規(guī)模化和低成本生產(chǎn)技術。
俄羅斯：已形成完整、獨特的高溫合金體系，既有通用高溫合金合金，也有成本較低的粉末高溫合金，且已發(fā)展到第三代。
日本：在其能源、動力強勁需求和長期基礎研究帶動下，在高代次單晶和鈷基變形高溫合金研究和生產(chǎn)方面已走到世界前列。
法國：合金體系與英美兼容，近年率先開發(fā)出渦軸發(fā)動機用高代次無錸單晶葉片。
中國：我國已形成高溫合金研發(fā)應用體系，研制出200多個牌號的高溫合金及其零部件；近年來，國家高度重視，高溫合金技術進步加快，授權專利每年均增30%，研發(fā)單位和生產(chǎn)企業(yè)裝備趨近國際先進水平。
高溫合金2023年標志性成果
①二代高溫合金渦輪盤及單晶葉片性能穩(wěn)定、四代機使用可靠
②國產(chǎn)高溫合金盤鍛件和環(huán)形件加工/時效后端面跳動量達標
鋁鋰合金是一類密度小、彈性模量高、比強度和比剛度高的新型鋁合金，在航空航天領域有廣泛的應用前景。在鋁合金中添加金屬鋰元素，每添加1％的金屬鋰，其密度降低3％，而彈性模量可提高5%~6%，并可以保證合金在淬火和人工時效后硬化效果顯著，鋁鋰合金的材料制備及零件制造工藝與普通鋁合金沒有太大差別，只是在保證金屬鋰不被空氣氧化方面加以注意即可。一般情況下，可以沿用普通鋁合金的技術和設備，相對于碳纖維復合材料來說，鋁鋰合金的成形、維修都比復合材料方便，成本也相對較低，因此，鋁鋰合金有明顯的價格優(yōu)勢和性能優(yōu)勢，被認為是21世紀航空航天工業(yè)最具競爭力的輕質(zhì)高強結構材料之一。
目前，我國雖然已經(jīng)制造出芯級直徑為5米的火箭，但是還沒有10米直徑的重型運載火箭結構件制造能力；把“卡脖子”的鋁鋰合金材料用到10米直徑的重型運載火箭結構上，并且實現(xiàn)超大直徑結構的形性協(xié)同制造，高水平高可靠地降低箭體重量，可以大幅度提升進入空間的能力。
鋁鋰合金為何備受美歐國家器重和封鎖
鋰是自然界最輕的金屬元素，研究表明，在鋁合金中每加入1%的鋰，可使鋁合金密度降低3%，模量提高6%。與傳統(tǒng)航天通用的高性能2系、7系鋁合金相比，鋁鋰合金具有質(zhì)量更輕，模量更高，更易實現(xiàn)航天裝備的高可靠、輕量化制造。
數(shù)據(jù)顯示，航天運載器每減輕1kg，其發(fā)射費用可節(jié)省約2萬美元。上世紀90年代，美國航天飛機超輕貯箱使用2195鋁鋰合金替代2219合金實現(xiàn)減重3.4噸，可以使發(fā)射成本節(jié)省6800萬美元，按照當時的匯率計算，相當于節(jié)約了至少5.5億元。
因此，針對在航空航天、軌道交通、船舶運輸?shù)葢妙I域的急迫減重需求領域，鋁鋰合金的應用能夠帶來相當可觀的經(jīng)濟效益。
作為目前世界上最先進的鋁合金材料，鋁鋰合金已經(jīng)發(fā)展到了第四代。然而，由于鋰元素特有的化學活性高、密度低等物理性質(zhì)，導致鋁鋰合金從成分設計、熔鑄、塑性成形到熱處理，各個環(huán)節(jié)的加工難度和技術復雜性都遠遠大于其它鋁合金材料。
全球目前只有5家企業(yè)可以生產(chǎn)鋁鋰合金：
美鋁、俄鋁、法鋁、加鋁和中鋁。
銅合金以純銅為基體加入一種或幾種其他元素所構成的合金。純銅呈紫紅色﹐又稱紫銅。常用的銅合金分為黃銅、青銅、白銅3大類。
我國銅加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，2019年全國銅加工材產(chǎn)量1816萬噸，同比增長1.96%，連續(xù)16年雄冠全球。具有自主知識產(chǎn)權的銅管連鑄連軋生產(chǎn)線從“裝備中國”走向“裝備世界”，以空調(diào)銅管為代表的部分品種走在世界前列，一些長期依賴進口的銅材產(chǎn)品國產(chǎn)化進程逐步加快，2019年我國銅材首次實現(xiàn)凈出口，凈出口量達到2.13萬噸。銅鎳硅、銅鉻鋯、銅鐵合金、銅鈦、銅基復合材料等研發(fā)生產(chǎn)及應用近年來取得明顯進步，其中銅鐵合金的研發(fā)世界領先。
存在的問題 1、中低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩、無序競爭依然危害行業(yè)長遠發(fā)展。 2、新產(chǎn)品研發(fā)仍然以跟蹤模仿為主，基礎研究和自主創(chuàng)新能力依然不足。 3、一些領域依然存在短板。如超大規(guī)模集成電路用高性能引線框架銅合金帶材、高端壓延銅箔、高頻高速電解銅箔等若干領域仍然依賴進口。 4、由于缺乏具有國際影響力的下游本土應用企業(yè)帶動，高端銅材料上下游協(xié)同創(chuàng)新機制尚未形成。
2019年5月15日，在昆明召開的項目科技成果評價會上，由昆鋼楚豐集團云鈦公司完成的“強對流氬氣保護寬幅鈦帶卷罩式退火工藝及裝備技術研究與應用”科技成果，經(jīng)評委會鑒定，整體技術達到國際領先水平。該成果對強對流氬氣保護寬幅鈦帶卷罩式退火工藝技術和裝備進行了自主創(chuàng)新，形成了強對流氬氣保護寬幅鈦帶卷退火的完備工藝技術體系，質(zhì)量指標達到甚至優(yōu)于國標及美標，在世界上開創(chuàng)了鈦帶卷退火的一條全新技術路線，退火工藝技術及裝備為世界首創(chuàng)，有力地促進了中國鈦產(chǎn)業(yè)的技術進步。
2019年12月10日，由昆鋼投資5億元自主研發(fā)設計、制造加工的全國產(chǎn)化大型電子束冷床熔煉爐(EB爐)在攀枝花云鈦實業(yè)有限公司建成試車。該EB爐項目從啟動到熱試出錠歷經(jīng)374天，實現(xiàn)了從電子束槍、高壓電源柜、電子束掃描控制等核心系統(tǒng)到循環(huán)冷卻、真空抽取、進料方式、拉錠控制等配套系統(tǒng)的研發(fā)設計、制造安裝、調(diào)試校驗、控制操作系統(tǒng)的全流程百分之百國產(chǎn)化，擁有完全自主知識產(chǎn)權，補齊了我國在鈦、鋯、鎳等難熔金屬材料真空熔煉技術領域的短板，基本解除了相應領域被“卡脖子”的威脅，為國家發(fā)展高端應用領域的新材料提供了基礎支撐。
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