一文了解有色金屬材料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

有色金屬新材料是國民經(jīng)濟(jì)、人民日常生活及國防工業(yè)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)材料和重要的戰(zhàn)略物資。有色金屬的發(fā)展也已經(jīng)越來越成熟，在加工和性能方面都有很大的突破，尤其是近的十年，我國與有色金屬對應(yīng)的產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品規(guī)格等都有很大幅度的提升，不僅能夠滿足我國的基礎(chǔ)應(yīng)用，還能夠?qū)ν獬隹凇?/p>

√有色金屬簡述

有色金屬也就是非鐵金屬，狹義上的有色金屬是指錳、鐵和鉻以外的金屬總稱；廣義上的有色金屬包括有色合金，而有色合金則是將有色金屬作為基體，并向其中加入一種或是幾種金屬元素合金。有色金屬材料屬于金屬材料，主要包括鉛、鋁、銅以及鎳等金屬或者是合金。有色金屬的純度對其耐腐蝕性有很大影響；在加入其它金屬之后，通常能夠增加有色金屬的機(jī)械性能，但是耐腐蝕性會下降；冷加工能夠提升有色金屬的強(qiáng)度，但是其塑性降低。

有色金屬主要分為四個類型 ：

01輕金屬，如鋁和鎂等，主要特點是在化學(xué)方面表現(xiàn)出活潑性質(zhì)，而在物理方面表現(xiàn)出密度小的性質(zhì)；

02重金屬，一般密度不低于 4.5g/m3 ，常見的有鋅、銅以及鉛等；

03貴金屬，貴金屬在地殼中的含量非常少，提取的難度非常高，因此價格也非常貴，所表現(xiàn)出的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，密度比較大，常見的有鉑、金以及銀；

04稀有金屬，在自然界中的分布和存儲量都非常少，并且是人類很少使用的元素；例如鉬、鍺、鎢以及鋰等。

此外，根據(jù)《新材料發(fā)展指南》劃分出的有色金屬材料，則主要包括括高性能鋁合金、高性能銅合金、鎂合金、鈦及鈦合金、稀有難熔金屬材料、貴金屬等，這些有色金屬材料支撐著交通領(lǐng)域工程的應(yīng)用，應(yīng)用案例如下：

鈦合金

航空航天用的新型低溫鈦合金

石化、核電等用耐蝕、抗輻射鈦合金

艦船及海洋工程用高強(qiáng)韌鈦合金

蒙皮用大型寬幅鈦及鈦合金板材

承力型大規(guī)格鈦合金棒材

鎂合金

航空航天用鎂合金鍛件、擠壓型材、板材

汽車輕量化用變形、鑄造鎂合金

鋁合金

鋁及鋁合金板、帶、箔材（平軋材）生產(chǎn)線、鋁合金型材生產(chǎn)用大型擠壓機(jī)、航空鋁材生產(chǎn)線：

高速鐵路車體用鋁合金

大型艦船運輸罐體用鋁合金

汽車輕量化用鋁合金

機(jī)身蒙皮用大規(guī)格鋁合金

航天用高性能鋁鋰合金

有色金屬產(chǎn)業(yè)應(yīng)用案例

01輕合金材料

    隨著能源危機(jī)、環(huán)保問題的日益嚴(yán)峻，航空航天、軌道交通材料輕量化已成為關(guān)注的焦點。同時，制備高性能輕量化合金材料也成為材料領(lǐng)域的前沿科學(xué)熱點，也是我國制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略需求。我國近年來雖然在髙性能輕量化合金材料的制備技術(shù)開發(fā)上取得了舉世矚目的進(jìn)展，但在原創(chuàng)性技術(shù)方面，仍顯著落后于發(fā)達(dá)，許多領(lǐng)域仍受限于發(fā)達(dá)技術(shù)封鎖。尤其是，我國在高性能輕量化合金材料制備方面，缺乏熱力學(xué)、動力學(xué)理論和方法的突破與創(chuàng)新。

    針對我國輕合金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)低端、自主創(chuàng)新基礎(chǔ)薄弱、部分應(yīng)用領(lǐng)域自主保障能力嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀，聚焦民用飛機(jī)、海洋石油工程、乘用車等裝備的應(yīng)用需求，攻克高性能輕合金材料設(shè)計、冶金質(zhì)量及組織調(diào)控、殘余應(yīng)力表征及控制以及產(chǎn)品一致性、穩(wěn)定性和可靠性控制等關(guān)鍵技術(shù)，需要開展以下研究內(nèi)容：

大型客機(jī)用輕合金材料及其低成本制造技術(shù)；

航空航天用高強(qiáng)高韌輕合金新品種和制備技術(shù)；

海洋工程用高強(qiáng)耐蝕鈦合金/鋁合金新品種及制造技術(shù)；

汽車輕量化用高性能鋁/鎂合金及其加工材制造技術(shù)；

大規(guī)格輕合金材料的殘余應(yīng)力表征及低殘余應(yīng)力制造技術(shù)。

鈦及鈦合金的特性和應(yīng)用領(lǐng)域

    鈦合金指的是多種用鈦與其他金屬制成的合金金屬，強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高。鈦合金廣泛應(yīng)用于制作飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)部件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等。鈦合金也應(yīng)用在火箭、高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。鈦及鈦合金以其優(yōu)良的性能，也使其成為應(yīng)用在海陸空的三棲金屬。

我國新型鈦合金的開發(fā)與發(fā)展

鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域

    鎂基材料被譽(yù)為世紀(jì)富于開發(fā)和應(yīng)用潛力的“綠色材料”被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、交通及3C產(chǎn)品等領(lǐng)域中。交通工具輕量化成為當(dāng)今發(fā)展趨勢，鎂合金是實際應(yīng)用中輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。非常適用于交通運輸領(lǐng)域，是生產(chǎn)重量輕、油耗低、環(huán)保的新一代交通工具的材料。

隨著節(jié)能減排的壓力增加、國防級別的提升和生活品質(zhì)要求的提高，這些因素將為鎂產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展提供快速增加的市場需求。

鋁加工技術(shù)與產(chǎn)品

    “十三五”以來，我國鋁材生產(chǎn)能力和技術(shù)水平取得了巨大進(jìn)步，2019 年鋁材產(chǎn)量達(dá)到 5.252×107 t，居世界。我國自主研發(fā)了 LC4、 LC9、LY12、2A12、2A16、7A04、7B04、7A50、 7B50 等系列鋁合金，建立了代、第二代、第三代鋁合金材料加工技術(shù)體系。近年來，我國自行研制的新型高強(qiáng)韌鑄造鋁合金、第三代鋁鋰合金、高性能鋁合金型材的性能均達(dá)到水平。在《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》（GB/T 3190—2020）中，近 10 年我國共增加了 29 個國產(chǎn)鋁合號。其中北京工業(yè)大學(xué)在掌握了含鉺彌散強(qiáng)化鋁合金的制備和加工技術(shù)，研發(fā)的含鉺 5E83 鋁合金冷軋板、5E06 鋁合金熱軋板、熱擠壓壁板等 5 個合號列入標(biāo)準(zhǔn)，在國防及汽車等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用，部分品種替代了進(jìn)口產(chǎn)品。

    在汽車領(lǐng)域，我國的鋁合金汽車板已初具規(guī)模化生產(chǎn)能力，但成熟產(chǎn)品6016 與 5182 牌號，其他牌號仍未具備批量供貨能力。近年來，中國鋁業(yè)集團(tuán)有限公司在汽車輕量化領(lǐng)域取得了一定的成果，開發(fā)了汽車用 6016、6014、5182、5754 合金，并在吉利汽車、海馬汽車制造中實現(xiàn)小批量應(yīng)用。

    在船舶領(lǐng)域，我國近些年來開發(fā)的可以商業(yè)化應(yīng)用的船用鋁合金板材/型材為5083、6061、6082 鋁合金，隨著深藍(lán)戰(zhàn)略的實施，中國已開始建造自己的郵輪、“海上牧場”、鉆井平臺、發(fā)電站、直升機(jī)平臺，招商局集團(tuán)有限公司的艘極地號郵輪已交付使用。船體其他部位以及符合我國海洋與河流環(huán)境的鋁合金材料開發(fā)仍存在大量空白，尚需多領(lǐng)域、多學(xué)科交叉合作。

新一代飛機(jī)機(jī)體大型整體式結(jié)構(gòu)件

    大型整體式結(jié)構(gòu)件取代由多個散件拼裝而成的組合式構(gòu)件，可實現(xiàn)減重 15-20%，可靠性也大幅提高。但大型整體式結(jié)構(gòu)件的制造，需要超大 厚度的鋁合金/鈦合金鍛件、厚板等。但需攻克合金體系、制品表層與芯 部加工組織差異性、淬火敏感性、大尺寸零部件加工裝備和加工方式等關(guān)鍵技術(shù)。