高端金屬材料“四大金剛”

陣列不斷擴(kuò)大、性能更顯精準(zhǔn)的金屬新材料正逐步打破現(xiàn)有材料領(lǐng)域存在的諸多困局。高性能金屬新材料不斷涌現(xiàn)，成為各個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域能級(jí)提升的關(guān)鍵要素。但金屬新材料發(fā)展仍需闖過(guò)“創(chuàng)新關(guān)”“成本關(guān)”“應(yīng)用關(guān)”，才能助力相關(guān)產(chǎn)業(yè)深度拓掘出高附加值。

高端金屬新材料是全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一，是能源、海洋和交通等高端裝備不可或缺的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。然而隨著中國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸對(duì)中國(guó)的全球化進(jìn)程采取了符合其國(guó)家利益的技術(shù)封鎖限制，一些高精尖科技被發(fā)達(dá)國(guó)家限制出口，例如制造業(yè)發(fā)展的核心要素——高端金屬材料，其目的就是為降低中國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域?qū)ζ涞母?jìng)爭(zhēng)威脅。 AdvancedMetais一、高端金屬材料分類

金屬新材料按功能和應(yīng)用領(lǐng)域可劃分為高性能金屬結(jié)構(gòu)材料和金屬功能材料。高性能金屬結(jié)構(gòu)材料指與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料相比具備更高的耐高溫性、抗腐蝕性、高延展性等特性的新型金屬材料，主要包括鈦、鎂、鋯及其合金、鉭鈮、硬質(zhì)材料等，以及高端特殊鋼、鋁新型材等。金屬功能材料指具有輔助實(shí)現(xiàn)光、電、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金屬能源材料、催化凈化材料、信息材料、超導(dǎo)材料、功能陶瓷材料等。

與其他材料相比，稀土具有優(yōu)異的光、電、磁、催化等物理特性，近年來(lái)在新興領(lǐng)域的應(yīng)用急速增長(zhǎng)，其中永磁材料是稀土應(yīng)用領(lǐng)域最重要的組成部分，2009年永磁材料占稀土新材料消費(fèi)總量的57%。在國(guó)家新興產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)下，新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能家電等領(lǐng)域?qū)⒗瓌?dòng)稀土永磁材料釹鐵硼磁體的需求出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

從世界上新材料的發(fā)展趨勢(shì)看，鋼鐵材料和有色金屬材料的生產(chǎn)一直在向短流程、高效率、節(jié)能降耗、潔凈化、高性能化、多功能化的方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)材料其主要功能是承擔(dān)負(fù)載（如火車、汽車、飛機(jī)）。汽車用鋼近年來(lái)已從一般鋼鐵發(fā)展為使用高強(qiáng)合金鋼、鋁合金或特殊的高強(qiáng)Mg基合金，高強(qiáng)Ti合金在高強(qiáng)鋼中有重要位置，不銹鋼則有取代碳鋼的趨勢(shì)。用于軍用飛機(jī)的Al合金及一般鋼材則被先進(jìn)的Ti合金及高分子基復(fù)合材料所取代。進(jìn)一步還需要發(fā)展碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或Al基復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)材料的主體有：

（一）鋼鐵

鋼鐵材料，特別是具有多相結(jié)構(gòu)和復(fù)雜成分的優(yōu)質(zhì)鋼具有重要的應(yīng)用前景和潛在優(yōu)勢(shì)，需要開(kāi)展相應(yīng)的基礎(chǔ)研究。聯(lián)系微米和納米技術(shù)的納米層間結(jié)構(gòu)、織構(gòu)以及晶界和界面都可視為改善鋼鐵材料的重要途徑。

（二）鋁合金

鋁基材料及相應(yīng)的沉淀硬化效應(yīng)導(dǎo)致高強(qiáng)鋁合金的出現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)工藝已發(fā)展為“沉淀科學(xué)”，它涉及“相”間晶體結(jié)構(gòu)的匹配性以及合金的穩(wěn)定性，特別是時(shí)效合金的穩(wěn)定性直接影響航空或空間應(yīng)用，因此可視為Al合金基礎(chǔ)研究中的重要問(wèn)題。

（三）鎂合金

鎂及鎂合金廣泛應(yīng)用于冶金、汽車、摩托車、航空航天、光學(xué)儀器、計(jì)算機(jī)、電子與通訊、電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)工具和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料，以其優(yōu)良的導(dǎo)熱性、減振性、可回收性、抗電磁干擾及優(yōu)良的屏蔽性能等特點(diǎn)，被譽(yù)為新型“綠色工程材料”、21世紀(jì)的“時(shí)代金屬”。

（四）鈦合金

鈦合金在軍用或民用航空工業(yè)的發(fā)展中有重要位置，多相納米尺度層狀微結(jié)構(gòu)問(wèn)題對(duì)高強(qiáng)Ti基合金的特性具有重要意義，它將成為設(shè)計(jì)新Ti基合金的關(guān)鍵因素。

AdvancedMetais二、高端金屬材料之爭(zhēng)

從2018年起，美國(guó)商務(wù)部就陸續(xù)將一個(gè)個(gè)中國(guó)制造公司加入無(wú)法從美國(guó)購(gòu)買原材料、零部件、軟件與技術(shù)產(chǎn)品的黑名單，之后類似的科技霸凌事件依舊時(shí)有發(fā)生。面對(duì)民用市場(chǎng)的禁運(yùn)，中國(guó)無(wú)疑會(huì)受到很大影響，因?yàn)樵擃I(lǐng)域市場(chǎng)不同于特殊領(lǐng)域市場(chǎng)，只能依賴于進(jìn)口。 因此，我們一面要尋求方式突破西方的技術(shù)封鎖，一面又要警惕西方市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的價(jià)格戰(zhàn)，其難度不容小覷。成績(jī)有目共睹，差距依舊存在。高端金屬材料是一個(gè)需要技術(shù)沉淀與持續(xù)創(chuàng)新的行業(yè)，發(fā)達(dá)國(guó)家在該領(lǐng)域技術(shù)沉淀已有上百年。小編重點(diǎn)整理了四項(xiàng)發(fā)達(dá)國(guó)家限制出口的高端金屬材料，我們可以更加了解我國(guó)高端金屬材料技術(shù)封鎖現(xiàn)狀。

（一）鎢合金

鎢合金是以鎢為基加入其他元素組成的合金。在金屬中，鎢呈銀白色，熔點(diǎn)3400℃，是熔點(diǎn)最高的金屬，密度與黃金相當(dāng)，為鋼的2.5倍，除大量用于制造硬質(zhì)合金和作合金添加劑外，鎢及其合金廣泛用于電子、電光源工業(yè)，也在航天、鑄造、武器等部門中用于制作火箭噴管、壓鑄模具、穿甲彈芯、觸點(diǎn)、發(fā)熱體和隔熱屏等。

事件：稀土、鉬鎢等稀有資源均涉及武器、高科技制造，中國(guó)對(duì)那些以關(guān)系國(guó)家安全為由禁止向中國(guó)出口武器、高科技的國(guó)家，禁止出口稀土、鉬鎢等稀有資源。

應(yīng)用：在工業(yè)上，鎢主要用于硬質(zhì)合金、鎢材、鎢化工和鎢鋼，被譽(yù)為“工業(yè)的牙齒”；而在國(guó)防領(lǐng)域，鎢主要應(yīng)用于制造鎢合金鋼，其為制作現(xiàn)代兵器的主要鋼種，由于密度較高，即使在惡劣的環(huán)境條件下也能夠很好的保持其形狀，備用做槍彈中集束箭彈的小箭，聚能彈中的“火藥性罩”，例如散彈、子母彈、穿甲彈，具有很大的殺傷威力；在環(huán)保性上，在使用和生產(chǎn)加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，因此鎢合金的環(huán)保性使得它在軍事上是個(gè)不二選擇。

現(xiàn)狀：中國(guó)鎢儲(chǔ)量豐富，國(guó)內(nèi)已探明儲(chǔ)量占比達(dá)到60%以上，全球大部分鎢供應(yīng)來(lái)自中國(guó)；但是中國(guó)鎢企業(yè)深加工產(chǎn)品與技術(shù)創(chuàng)新能力與國(guó)外大型鎢企業(yè)相比差距還是很大，硬質(zhì)合金產(chǎn)品以中低檔為主，且多數(shù)還是燒結(jié)態(tài)產(chǎn)品，高性能、高精度的高檔硬質(zhì)合金數(shù)控刀片等高技術(shù)含量、高附加值的鎢制品仍需依賴國(guó)外進(jìn)口。

（二）超高純鈦

超高純鈦被廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路制造、高端新型鈦合金等產(chǎn)業(yè)，對(duì)航空航天、國(guó)防建設(shè)起著至關(guān)重要的作用，市場(chǎng)價(jià)高達(dá)100萬(wàn)元/噸。

事件：之前，由于中國(guó)沒(méi)有自己的超高純鈦，受原材料源限制，一直采用其他替代金屬，綜合性能一直未能達(dá)到最佳狀態(tài)。隨著國(guó)產(chǎn)超高純鈦的誕生，這一關(guān)鍵零部件可望在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)巨大的技術(shù)突破。

應(yīng)用：超高純鈦是配制生產(chǎn)高端鈦合金材料的重要基礎(chǔ)材料，而鈦合金是飛機(jī)制造的關(guān)鍵材料之一，因此，超高純鈦對(duì)于生產(chǎn)制造性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)高端鈦合金至關(guān)重要。超高純鈦?zhàn)陨順O高的純凈度，大大降低了由于微量成分波動(dòng)而導(dǎo)致的高端鈦合金機(jī)械性能不穩(wěn)定。這對(duì)于從根本上提高飛機(jī)零部件的整體性能穩(wěn)定性，在確保安全的前提下，最大化延長(zhǎng)零部件的使用壽命意義重大。

現(xiàn)狀：超高純鈦屬于國(guó)家戰(zhàn)略性新材料，之前很長(zhǎng)一段時(shí)間都由美國(guó)霍尼韋爾、日本東邦和大阪鈦業(yè)3家公司壟斷，并對(duì)我國(guó)嚴(yán)格出口。不過(guò)該局面在2014年由寧波創(chuàng)潤(rùn)新材料所打破，其“年產(chǎn)250噸電子級(jí)低氧超高純鈦?lái)?xiàng)目”的正式投產(chǎn)標(biāo)志著我國(guó)成為繼美日后第三個(gè)可自主生產(chǎn)超高純鈦材料的國(guó)家。

（三）馬氏體時(shí)效鋼

馬氏體時(shí)效鋼是一種以無(wú)碳（或微碳）馬氏體為基體的，時(shí)效時(shí)能產(chǎn)生金屬間化合物沉淀硬化的超高強(qiáng)度鋼。與傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼不同，它不用碳而靠金屬間化合物的彌散析出來(lái)強(qiáng)化。這使其具有一些獨(dú)特的性能：高強(qiáng)韌性，低硬化指數(shù)，良好成形性，簡(jiǎn)單的熱處理工藝，時(shí)效時(shí)幾乎不變形，以及很好的焊接性能。因而馬氏體時(shí)效鋼已在需要此種特性的部門獲得廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)狀：中國(guó)從20世紀(jì)60年代中期就開(kāi)始研制馬氏體時(shí)效鋼。最初以仿制18Ni（250）和18Ni（300）為主。到70年代中期又開(kāi)始研究強(qiáng)度級(jí)別更高的鋼種和無(wú)鈷或節(jié)鎳鈷?cǎi)R氏體時(shí)效鋼，還開(kāi)發(fā)出用于高速旋轉(zhuǎn)體的超高純、高強(qiáng)高韌的馬氏體時(shí)效鋼，研制出高彈性的馬氏體時(shí)效鋼和低鎳無(wú)鈷?cǎi)R氏體時(shí)效鋼。

（四）金屬磁性材料 磁性材料是金屬功能材料的重要分支，具有轉(zhuǎn)換、傳遞、處理、存儲(chǔ)信息和能量等功能，是重要的基礎(chǔ)功能材料，應(yīng)用范圍廣泛，如電聲、選礦、能源、家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生、汽車、自動(dòng)控制、信息技術(shù)等領(lǐng)域?qū)饘俅判圆牧隙加兄豢商娲男枨蟆?/p>

現(xiàn)狀：在軍工上，美國(guó)磁性材料公司占有60%的市場(chǎng)；而在工業(yè)上，韓國(guó)企業(yè)占據(jù)70%。