基礎(chǔ)材料領(lǐng)域的高速發(fā)展給社會、經(jīng)濟、文化體系等各方面帶來了重大變化。作為基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)的一個重要門類,我國鎂合金材料產(chǎn)業(yè)自響應(yīng)落實“十三五”系列戰(zhàn)略措施以來,自主研發(fā)了10余種鎂合金材料并成功應(yīng)用于航空、航天、軍工、汽車等領(lǐng)域,大幅降低了鎂合金產(chǎn)品的成本,提升了產(chǎn)品市場競爭力。我國鎂資源豐富,受汽車節(jié)能減排及輕量化等需求刺激,有望促進鎂合金材料消費市場的進一步發(fā)展,為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來機遇與挑戰(zhàn)。
我國鎂合金材料產(chǎn)業(yè)起步晚、底子薄,在應(yīng)用上整體仍處于產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的中低端。同時,相關(guān)戰(zhàn)略政策的執(zhí)行率較低,關(guān)鍵工藝技術(shù)與國外差距較大,設(shè)備大多依靠進口。研發(fā)所需的技術(shù)和設(shè)備常受國外出口限制,使得鎂合金材料的研發(fā)面臨困難,尤其是許多核心材料的研發(fā)舉步維艱、性能提升緩慢、產(chǎn)能也嚴重不足。另外,相關(guān)企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)的智能化水平較低,標準、檢測、評價、計量和管理等支撐體系缺失,產(chǎn)品性能穩(wěn)定性、質(zhì)量一致性需要進一步提高。
相較于普通鎂合金材料,稀土鎂輕質(zhì)結(jié)構(gòu)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(yīng)用的關(guān)鍵問題,是推進我國航空、航天、汽車、軌道交通等領(lǐng)域輕量化發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。我國鎂、稀土資源豐富,合金成型及加工技術(shù)成熟,市場應(yīng)用空間大,稀土鎂合金輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)體系完整,可實現(xiàn)自產(chǎn)自銷。
稀土鎂輕質(zhì)結(jié)構(gòu)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(shù)開發(fā)及推廣應(yīng)用;②面向應(yīng)用的新型稀土鎂合金材料開發(fā);③加工成型技術(shù)及配套裝備研發(fā);④完善稀土綠色冶煉分離技術(shù),加快推廣應(yīng)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(zhì)結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用速度,在未來3~5年內(nèi)實現(xiàn)領(lǐng)域向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)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%。
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(yīng)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(lǐng)域相關(guān)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)用前景十分廣闊。
與Mg-Al、Mg-Zn系合金相比,稀土元素合金化后的Mg-RE系合金,鑄造過程中的工藝性能更加穩(wěn)定,且在力學相關(guān)實驗中表現(xiàn)出更加的力學行為。La、Ce稀土在鎂合金中應(yīng)用發(fā)展比較成熟的是AE系鎂合金,主要是以混合稀土形式加入,典型代表如AE44、AE41鎂合金,具有的力學性能,尤其是在延伸率上遠遠超過AZ91、AM60等傳統(tǒng)非稀土鎂合金。Mg-RE系合金良好的流動性使其易于壓鑄成型,價格優(yōu)勢明顯,可滿足民用產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn),如已應(yīng)用于汽車變速箱殼體等零部件。另外,輕稀土在Mg中的固溶度很低,有利于提高鎂合金的導熱性能,未來在與第五代移動通信技術(shù)相關(guān)的電子產(chǎn)品、基站、接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等的結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用潛力很大。面向民用市場的輕稀土鎂合金材料的應(yīng)用開發(fā),有助于促進稀土元素的平衡應(yīng)用,解決La、Ce等高豐度稀土元素的積壓問題,擴大稀土在新領(lǐng)域的應(yīng)用,加快稀土產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,彰顯稀土資源在我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的戰(zhàn)略價值和支撐作用。
新型超塑性鎂合金材料生產(chǎn)成本相對較低、利潤較高,在鎂合金材料生產(chǎn)和應(yīng)用中競爭優(yōu)勢明顯。已有研究表明,我國研發(fā)的新型超塑性鎂合金性能指標優(yōu)于日本生產(chǎn)的同類產(chǎn)品,具有室溫強度高(抗拉強度>350MPa、屈服強度>250MPa),沖壓過程中的超塑性變形能力強(中、低溫延伸率為~200%,高溫延伸率為700%~800%)。未來需進一步加強該類材料研究,為航空、航天技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供支撐。
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