成都镁合金带加工镁合金带材
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镁合金材料产业发展现状的基础上,分析了其发展面临的国内外主要问题,展望了我国镁合金材料产业在稀土镁轻质结构合金材料、高强高导热镁合金材料、高强高导电镁合金材料、强镁合金材料等11个方面的未来市场需求前景。面向2030年和2035年的阶段性发展规划,本文从提高自主创新能力、优化资源配置、加强企业合作力度、构建完善的镁合金材料整体研究体系、完善平台建设等方面提出了促进我国镁合金材料产业可持续发展的相关战略。后,从注重研究体系的构建、优化产业发展格局、构建高质产业、完善配套政策体系、构建精尖人才体系等方面提出了对策建议,以期满足国民经济、国家重大工程和社会可持续发展对镁合金材料的需求。
相较于普通镁合金材料,稀土镁轻质结构合金材料在添加稀土后,具有强度高、韧性好、耐热耐蚀等显著优势,解决了制约镁合金材料广泛应用的关键问题,是推进我国航空、航天、汽车、轨道交通等领域轻量化发展的关键基础材料。我国镁、稀土资源丰富,合金成型及加工技术成熟,市场应用空间大,稀土镁合金轻质结构材料产业体系完整,可实现自产自销。
稀土镁轻质结构合金材料未来的市场需求主要集中在:①镁稀土母合金、稀土镁合金短流程低成本制备技术开发及推广应用;②面向应用的新型稀土镁合金材料开发;③加工成型技术及配套装备研发;④完善稀土绿色冶炼分离技术,加快推广应用;⑤面向材料生命周期的系统研究,建立“产学研用”协同发展平台;⑥加快稀土镁轻质结构材料应用速度,在未来3~5年内实现领域向民用领域转化,逐渐扩大市场规模,到2035年将替代普通镁合金材料的比例达到30%。
随着航空、航天、新一代武器装备、高速列车以及新能源汽车等领域的不断发展,高功率密度电磁器件的数量及排布密度不断增加,而运行过程中产生的热量即时导出,否则温度过高将严重影响设备运行的稳定性和可靠性,大大缩短各类器材的使用寿命,因此如何在轻量化背景下,快速有效导出器件生热是亟需解决的重要问题。
高强高导热镁合金材料及其制品生产成套技术是支撑飞机、高速列车、汽车以及电脑等散热组件发展的基础材料及关键技术,对实现上述装备轻量化、提高系统运行稳定性和使用寿命具有重要作用,到2035年,将替代同类普通高导热合金材料使用量超过30%。传统的高导热金属如Ag、Cu,由于密度太大(分别约为10.5g/cm3、8.9g/cm3)、价格高,难以满足实际应用要求。镁合金材料具有低密度的优势,是满足应用需求的潜在材料体系之一,但常用镁合金的导热系数与铝合金相比还有明显差距,因此,导热系数>125W/(m·K)的高强高导热镁合金材料及其制品的制备加工技术是该领域发展的主要方向。
与Mg-Al、Mg-Zn系合金相比,稀土元素合金化后的Mg-RE系合金,铸造过程中的工艺性能更加稳定,且在力学相关实验中表现出更加的力学行为。La、Ce稀土在镁合金中应用发展比较成熟的是AE系镁合金,主要是以混合稀土形式加入,典型代表如AE44、AE41镁合金,具有的力学性能,尤其是在延伸率上远远超过AZ91、AM60等传统非稀土镁合金。Mg-RE系合金良好的流动性使其易于压铸成型,价格优势明显,可满足民用产品的规模化生产,如已应用于汽车变速箱壳体等零部件。另外,轻稀土在Mg中的固溶度很低,有利于提高镁合金的导热性能,未来在与第五代移动通信技术相关的电子产品、基站、接入网络设备等的结构件上应用潜力很大。面向民用市场的轻稀土镁合金材料的应用开发,有助于促进稀土元素的平衡应用,解决La、Ce等高丰度稀土元素的积压问题,扩大稀土在新领域的应用,加快稀土产业转型升级,彰显稀土资源在我国高新技术产业中的战略价值和支撑作用。
新型超塑性镁合金材料生产成本相对较低、利润较高,在镁合金材料生产和应用中竞争优势明显。已有研究表明,我国研发的新型超塑性镁合金性能指标优于日本生产的同类产品,具有室温强度高(抗拉强度>350MPa、屈服强度>250MPa),冲压过程中的超塑性变形能力强(中、低温延伸率为~200%,高温延伸率为700%~800%)。未来需进一步加强该类材料研究,为航空、航天技术领域的发展提供支撑。
目前,耐高温系镁合金已经在汽车发动机罩盖、缸体、引擎活塞及高速舱体等零部件上有着广泛应用。目前,各国研究者关于耐高温系镁合金的研究大部分还是聚焦于Mg、Al、Zn系的性能调控及稀土元素的合金化行为。其中,高温力学性能好的是以Mg-Gd系为代表的的镁稀土合金体系。目前亟需解决同步提高强度和塑性的问题,具体措施包括控制析出相形态分布、细化组织和降低杂质含量。另外,镁合金铸造性能应被重视,即合金设计时需综合考虑力学性能和铸造性能。就性能指标而言,强(强度>400MPa)耐热(使役温度>250℃)镁合金是目前国家亟需攻关的一类关键材料。随着技术不断地开发与发展,耐高温系镁合金将会在汽车动力系统部件、航天等对材料强度、耐高温能力及材料轻量化有着苛刻要求的领域中得到广泛应用。