有色金属材料技术及产业应用.docx

有色金属新材料是国民经济、人民日常生活及国防工业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。有色金属的发展也已经越来越成熟，在加工和性能方面都有很大的突破，尤其是最近的十年，我国与有色金属对应的产业与产品规格等都有很大幅度的提升，不仅能够满足我国的基础应用，还能够对外出口。

有色金属简述
有色金属也就是非铁金属，狭义上的有色金属是指锰、铁和铬以外的金属总称；广义上的有色金属包括有色合金，而有色合金则是将有色金属作为基体，并向其中加入一种或是几种金属元素合金。有色金属材料属于金属材料，主要包括铅、铝、铜以及镍等金属或者是合金。有色金属的纯度对其耐腐蚀性有很大影响；在加入其它金属之后通常能够增加有色金属的机械性能，但是耐腐蚀性会下降；冷加工能够提升有色金属的强度，但是其塑性降低。
有色金属主要分为四个类型 ：
01轻金属，如铝和镁等，主要特点是在化学方面表现出活泼性质，而在物理方面表现出密度小的性质；
02重金属，一般密度不低于 4.5g/m3 ，常见的有锌、铜以及铅等；
03贵金属，贵金属在地壳中的含量非常稀少，提取的难度非常高，因此价格也非常贵，所表现出的化学性质较稳定，密度比较大，常见的有铂、金以及银；
04稀有金属，在自然界中的分布和存储量都非常少，并且是人类很少使用的元素；例如钼、锗、钨以及锂等。
根据《新材料发展指南》划分出的先进有色金属材料，则主要包括括高性能铝合金、高性能铜合金、镁合金、钛及钛合金、稀有难熔金属材料、贵金属等，这些先进有色金属材料支撑着交通领域重点工程的应用，应用案例如下：

钛合金
· 航空航天用的新型低温钛合金
· 石化、核电等用耐蚀、抗辐射钛合金
· 舰船及海洋工程用高强韧钛合金
· 蒙皮用大型宽幅钛及钛合金板材
· 承力型大规格钛合金棒材
镁合金
· 航空航天用镁合金锻件、挤压型材、板材
· 汽车轻量化用变形、铸造镁合金
铝合金
高端铝及铝合金板、带、箔材（平轧材）生产线、高端铝合金型材生产用大型挤压机、航空铝材生产线：
· 高速铁路车体用铝合金
· 大型舰船运输罐体用铝合金
· 汽车轻量化用铝合金
· 机身蒙皮用大规格铝合金
· 航天用高性能铝锂合金

有色金属产业应用案例
01先进轻合金材料
    随着能源危机、环保问题的日益严峻，航空航天、轨道交通材料轻量化已成为全球关注的焦点。同时，高效制备高性能轻量化合金材料也成为国际材料领域的前沿科学热点，也是我国先进制造产业领域的重大战略需求。我国近年来虽然在髙性能轻量化合金材料的制备技术开发上取得了举世瞩目的进展，但在原创性技术方面，仍显著落后于发达国家，许多领域仍受限于发达国家的技术封锁。尤其是，我国在高性能轻量化合金材料制备方面，缺乏热力学、动力学理论和方法的突破与创新。
    针对我国轻合金产品结构低端、自主创新基础薄弱、部分高端应用领域自主保障能力严重不足的现状，聚焦先进民用飞机、海洋石油工程、乘用车等高端装备的应用需求，攻克高性能轻合金材料设计、冶金质量及组织调控、残余应力表征及控制以及产品一致性、稳定性和可靠性控制等关键技术，重点需要开展以下研究内容：
§ 大型客机用先进轻合金材料及其低成本制造技术；
§ 航空航天用高强高韧轻合金新品种和先进制备技术；
§ 海洋工程用高强耐蚀钛合金/铝合金新品种及制造技术；
§ 汽车轻量化用高性能铝/镁合金及其加工材制造技术；
§ 大规格轻合金材料的残余应力表征及低残余应力制造技术。

02钛及钛合金的特性和应用领域
    钛合金指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属，强度高、耐蚀性好、耐热性高。钛合金广泛应用于制作飞机发动机压气机部件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等。钛合金也应用在火箭、导弹和高速飞机的结构件。钛及钛合金以其优良的性能，也使其成为应用在海陆空的三栖金属。

03镁合金应用领域
    镁基材料被誉为世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”被广泛应用于航空航天、军事、交通及3C产品等领域中。交通工具轻量化成为当今发展趋势，镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料。非常适用于交通运输领域，是生产重量轻、油耗低、环保的新一代交通工具的最佳材料。
    随着节能减排的压力增加、国防安全级别的提升和生活品质要求的提高，这些因素将为镁产业未来的发展提供快速增加的市场需求。
04铝加工技术与产品
    “十三五”以来，我国铝材生产能力和技术水平取得了巨大进步，2019 年铝材产量达到 5.252×107 t，居世界首位。我国自主研发了 LC4、 LC9、LY12、2A12、2A16、7A04、7B04、7A50、 7B50 等系列铝合金，建立了第一代、第二代、第三代铝合金材料加工技术体系。近年来，我国自行研制的新型高强韧铸造铝合金、第三代铝锂合金、高性能铝合金型材的性能均达到国际先进水平。在《变形铝及铝合金化学成分》（GB/T 3190—2020）中，近 10 年我国共增加了 29 个国产铝合金牌号。其中北京工业大学在国际上率先掌握了含铒弥散强化铝合金的制备和加工技术，研发的含铒 5E83 铝合金冷轧板、5E06 铝合金热轧板、热挤压壁板等 5 个合金牌号列入国家标准，在国防及汽车等领域获得重要应用，部分品种替代了进口产品。
    在汽车领域，我国的铝合金汽车板已初具规模化生产能力，但成熟产品仅限 6016 与 5182 牌号，其他牌号仍未具备批量供货能力。近年来，中国铝业集团有限公司在汽车轻量化领域取得了一定的成果，开发了汽车用 6016、6014、5182、5754 合金，并在吉利汽车、海马汽车制造中实现小批量应用。
    在船舶领域，我国近些年来开发的可以商业化应用的船用铝合金板材/型材为5083、6061、6082 铝合金，随着国家深蓝战略的实施，中国已开始建造自己的邮轮、“海上牧场”、钻井平台、发电站、直升机平台，招商局集团有限公司的第一艘极地号邮轮已交付使用。船体其他部位以及符合我国海洋与河流环境的铝合金材料开发仍存在大量空白，尚需多领域、多学科交叉合作。
05新一代飞机机体大型整体式结构件
    大型整体式结构件取代由多个散件拼装而成的组合式构件，可实现减重 15-20%，可靠性也大幅提高。但大型整体式结构件的制造，需要超大 厚度的铝合金/钛合金锻件、厚板等。但需攻克合金体系、制品表层与芯 部加工组织差异性、淬火敏感性、大尺寸零部件加工装备和加工方式等关键技术。