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新型轻合金产业迎来发展“黄金期”

时间:2024-06-18 来源:钢格板百科

  在有色金属结构材料领域,轻质、高强、大规格化以及耐高温、耐腐蚀、耐疲劳将是未来的发展趋势,而新型轻合金的性能恰好符合这一发展的新趋势。新型轻合金最重要的包含铝合金、镁合金和钛合金,目前已大范围的应用于电力装备、交通运输、船舶及海洋工程和航空航天领域。最近出台的《新材料产业“十二五”发展规划》指出,高性能轻型合金材料将是新材料“十二五”规划中重点发展的新材料之一,并配套专项工程予以支持,还将建设三大新型轻合金材料基地,重点满足航空航天、轨道交通和汽车轻量化等交通运输装备的需求。由这样来看,铝、镁、钛合金作为新材料产业的“轻骑兵”,将在相关产业政策的扶持下迎来发展的“黄金期”。

  2010年,全球铝消费4112万吨,消费量在金属中仅次于钢铁。同时,在过去20年中,铝也是基本金属中消费总量增长最快的品种。“十二五”期间,航空航天、轨道交通、汽车轻量化三大领域的快速地发展将对新型铝合金构成强劲需求。

  与钛合金相比,铝合金目前成本更低、加工技术更成熟,其在未来仍将是航空航天结构材料的首选。目前在飞机的结构材料中,铝合金材料占比一般在20%~80%,尤其在民用客机中,铝合金的应用比例仍保持高位。据《中国新材料产业高质量发展报告(2010)》预测,未来10年我国客机每年将需要单通道飞机100多架,对100座级~125座级的单通道飞机的需求将超过300架,150座级~175座级单通道飞机超过1000架,我国国产飞机的发展必将为铝合金材料开启广阔市场空间。

  新型铝合金具有轻质、比强度高、长寿命的特性,随着大型空心薄壁铝材轧制技术的日趋完善,使其慢慢的变成为目前高速列车车体最理想的材料。与钢铁车体相比,铝合金车体能轻松实现减重45%~50%,常规使用的寿命延长10年以上。目前,世界各国逐渐停止制造碳钢车体,转向制造不锈钢和铝合金车体。而不锈钢车体密封性差的缺点使其在高速列车上的应用受阻,铝合金车体已成为大势所趋。

  汽车轻量化将使其在节能减排、提高汽车性能、新能源应用等方面作出重要贡献。铝合金的密度只有2.68克/立方厘米,仅为钢的30%,在等弯曲刚度条件下,铝对钢的厚度比为1.43,铝的减重潜力是49%;在等弯曲强度的条件下,铝对钢的减重潜力是38%。由此可见,高性能汽车用铝合金是汽车轻量化的理想材料。

  世界上70%的镁合金用于汽车工业。作为最轻的金属结构材料,镁合金比铝合金具有更高的减重潜力,单车用镁量提升空间也比铝更为广阔。据研究,汽车使用燃料的60%消耗在汽车自重上,如果汽车减重10%,其燃油消耗可降低6%~8%,尾气排放下降4%。据有关测算,每使用1千克镁,可使轿车在寿命期内减少30千克的尾气排放。

  除了减重潜力大之外,镁还和铝一样,是绿色环保材料,可循环回收利用。并且,镁合金还拥有良好的阻尼减震性能和电磁屏蔽性能,能够达到明显的减震、降噪效果,比铝合金在汽车零部件上的应用场景范围更为广泛。

  目前,我国汽车镁合金产业的总体技术水平不高,平均单车用镁量不足1千克,远不及国外。经过近几年的发展,已有20余种汽车零部件能够使用镁合金生产。但是考虑到我国已成为汽车生产和消费的全球第一大市场,中长期内汽车需求仍很强劲,预计到2020年,我国汽车产量将会超过2000万辆,如果单车用镁量达到10千克,国内汽车业对镁的年需求量将会超过20万吨。随着新能源汽车成为国家战略新兴起的产业,未来几年镁合金的需求有望高速增长。

  目前,钛合金已成为第三代飞机机体结构材料的主力军,并且已在飞机发动机领域确立了主体地位。尤其是在军工领域,钛合金的用量更大。作为飞机心脏的发动机之一的F119发动机,其用钛量占结构总重量的39%,最先进的战斗机F-22,钛材用量占飞机结构总重量的41%,而1艘战船的用钛量也已超过1000吨,用钛量已成为武器先进性的重要标志。

  随着未来对民用大飞机和军用飞机的需求逐年上升,钛合金在航空航天领域的消费占比提升空间广阔。2009年,美国钛合金在航空领域的消费占比高达55%,而我国钛合金还主要使用在于较为传统的化工领域,航空领域仅占10%。2010年,我国钛材总消费量仅2.88万吨,随着我们国家大飞机战略的推进以及商用飞机进入国产化阶段,保守估计,仅商用飞机用钛领域未来规模就将达到7.2万吨~18万吨。军用飞机领域,优越的飞机性能对于发动机和机身材料的要求更高,钛合金的使用比率也会更高。

  目前我们国家金属材料产业正处于航空航天材料、现代轨道交通材料和汽车轻量化材料发展的“黄金时期”。而新型轻合金材料正是满足航空航天、现代轨道交通和汽车轻量化需求的关键材料,必将迎来新的发展机遇,从而推动新材料产业不断迈上新的台阶,使我国由原材料工业大国向强国转变。

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