緊跟全球綠色節(jié)能發(fā)展趨勢,我國鎂合金材料產(chǎn)業(yè)整體正朝低能耗、率、方向發(fā)展,不斷進行產(chǎn)業(yè)升級改造。我國鎂合金材料相關工藝技術研究起步晚于歐美發(fā)達國家,雖然在部分鎂合金材料領域突破了一批核心關鍵技術,但在研發(fā)效率、生產(chǎn)質量、市場拓展、環(huán)境保護等方面仍存在較大差距。未來,我國鎂合金材料產(chǎn)業(yè)需以國家戰(zhàn)略需求為基準,緊跟國際研究熱點,在不斷提升行業(yè)整體水平的同時,加強鎂合金材料的研發(fā)力度,著力提高自主創(chuàng)新能力。通過優(yōu)化組織實施方式,助力國家重大工程急需的鎂合金材料“產(chǎn)學研”體系通道暢通,促進相關科研成果轉化并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化運用,實現(xiàn)我國從材料大國向材料強國的戰(zhàn)略性轉變,滿足國民經(jīng)濟、國家重大工程和社會可持續(xù)發(fā)展對鎂合金材料的需求。
我國積極開展了鎂合金材料的研制工作,在稀土鎂合金、大尺寸鑄棒、大型復雜件的工程技術方面取得重要突破,研制的部分高強鎂合金大尺寸復雜鑄件、高強耐熱鎂合金大規(guī)格擠壓型材/鍛件等達到世界水平。具體來看,2019年,南京云海特種金屬股份有限公司在技術研發(fā)和生產(chǎn)整合方面取得重大進展,生產(chǎn)的鍛造鎂合金輪轂在汽車主機企業(yè)得到應用。上海交通大學輕合金精密成型研究中心開發(fā)了新型輕質鎂稀土合金材料,成功應用于直升機關鍵復雜承力部件,輕量化效果顯著,并已實現(xiàn)批量穩(wěn)定制造,填補了我國新一代直升機用高強耐熱鎂合金材料空白。重慶大學國家鎂合金材料工程技術研究中心研制出AT、AE、VW系列等40多種新型鎂合金,其中有16種合金成為國家標準牌號,十幾種合金得到工程應用和產(chǎn)業(yè)化推廣。東北大學開發(fā)了大規(guī)格鎂合金扁鑄錠生產(chǎn)技術,目前能夠生產(chǎn)大截面為1450mm×400mm的鎂合金大扁錠;開發(fā)了鎂合金寬幅板帶卷軋制成套技術,已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用。中南大學和長春應用化學研究所等單位開發(fā)出高強高韌稀土鎂合金、壓鑄鎂合金和稀土鎂合金批量生產(chǎn)技術,成功應用于航空、航天、軍工、汽車、電子產(chǎn)品等領域,大幅降低了稀土鎂合金產(chǎn)品的成本,提升了市場競爭力,填補了國內(nèi)相關領域的空白。
相較于普通鎂合金材料,稀土鎂輕質結構合金材料在添加稀土后,具有強度高、韌性好、耐熱耐蝕等顯著優(yōu)勢,解決了制約鎂合金材料廣泛應用的關鍵問題,是推進我國航空、航天、汽車、軌道交通等領域輕量化發(fā)展的關鍵基礎材料。我國鎂、稀土資源豐富,合金成型及加工技術成熟,市場應用空間大,稀土鎂合金輕質結構材料產(chǎn)業(yè)體系完整,可實現(xiàn)自產(chǎn)自銷。
稀土鎂輕質結構合金材料未來的市場需求主要集中在:①鎂稀土母合金、稀土鎂合金短流程低成本制備技術開發(fā)及推廣應用;②面向應用的新型稀土鎂合金材料開發(fā);③加工成型技術及配套裝備研發(fā);④完善稀土綠色冶煉分離技術,加快推廣應用;⑤面向材料生命周期的系統(tǒng)研究,建立“產(chǎn)學研用”協(xié)同發(fā)展平臺;⑥加快稀土鎂輕質結構材料應用速度,在未來3~5年內(nèi)實現(xiàn)領域向民用領域轉化,逐漸擴大市場規(guī)模,到2035年將替代普通鎂合金材料的比例達到30%。
強鎂合金材料是支撐航空、航天、新一代武器裝備、高速列車以及新能源汽車等裝備不斷升級發(fā)展的基礎材料。我國在強變形鎂合金研發(fā)與應用方面處在世界前列。但從進一步擴大鎂合金材料應用的角度來看,現(xiàn)有的高強度鎂合金材料在比強度、比剛度、斷裂韌性以及性能穩(wěn)定一致性等方面還有明顯不足,使鎂合金材料在上述領域的應用及提高其終端產(chǎn)品競爭力方面受到嚴重制約,是當前亟需解決的發(fā)展難題。強鎂合金材料及其強韌化變形加工技術是鎂合金領域發(fā)展的主要方向,預計到2035年,強鎂合金材料替代同類普通材料量將超過20%。
鎂合號眾多,已在多領域大量應用的合金系列為Mg-Al系合金,特別是在鑄造過程中表現(xiàn)出工藝穩(wěn)定、燒損較小、室溫條件下有著力學性能和高強耐腐蝕行為的AZ91鎂合金。在變形鎂合金方面,獲得大量應用的是Mg-Zn系合金,其在熱處理過程中表現(xiàn)出的時效強化行為。在該系列中,從合號ZM81的相關研究來看,其表現(xiàn)出比Mg–Al合金更的力學性能。ZK系合金主要為Mg-Zn-Zr系鎂合金,是目前應用多的變形鎂合金之一,代表是ZK61鎂合金,其經(jīng)高溫成型冷卻和人工時效處理后,抗拉強度大于300MPa,具有良好的塑性及耐蝕性,可加工性良好,能制造形狀復雜的大型鍛件。
我國稀土資源儲量居于世界位,在稀土開采、冶煉分離等方面具有優(yōu)勢。但目前16種稀土元素(Pm除外)的應用是不平衡的,存在輕稀土閑置、滯銷等問題,導致國內(nèi)以La、Ce等元素為主的稀土形成了大量積壓。目前,隨著汽車輕量化、電子通信等領域相關產(chǎn)業(yè)需求的不斷擴大,各大終端企業(yè)和材料生產(chǎn)廠家一直致力于輕量化部件的研發(fā),對鎂合金材料的性能要求達到的高度,甚至產(chǎn)生許多結構功能一體化的需求。這給稀土鎂合金的發(fā)展帶來了新的機遇,尤其是輕稀土鎂合金的開發(fā)應用,充分發(fā)揮La、Ce等稀土在鎂合金材料中的優(yōu)勢作用,應用前景十分廣闊。
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