中国有色金属工业网 中国有色金属工业协会主办
行业研究
首页 > 行业研究 > 正文

浅议世界铝-锂合金产业(下)
2020-11-02 10:52:31   来源:中国有色金属报    点击:

来源:中国有色金属报
责编·作者:王祝堂
表1 王俊升发明专利AI-Li合金与对比2198合金的化学成分(Wt﹒%)
\
 
 
图1 铝-锂合金生产工艺流程图
 
\
 
  中国铝-锂合金的发展历程
 
  中国Al-Li合金的研发始于上世纪1962年哈尔滨铝加工厂(现在的东北轻合金有限责任公司),仿制苏联的2020合金,但未能实现工业化生产,于1965年不了了之,直到上世纪70年代,北京航空材料研究院(621所)开始Al-Li合金的研发,80年代初,西南铝加工厂研究所开始研制,并自建了一台1t的真空熔炼炉,后来于90年代从俄罗斯引进1台6t的真空熔炼炉。从“七五”到“十三五”,国家连续在35年计划中对铝-锂合金研发和生产进行立项和资金支持,中南大学、航天材料及工艺研究所(703所)、郑州轻研合金科技有限公司先后参与研究,形成了“基础研究与技术支持、生产、应用评价、应用”四位一体的合作模式,组成了中国铝-锂研发-生产-应用的“国家队”。
 
  在国家制定的“七五”计划中,决定由中南大学、西南铝业(集团)有限责任公司、航天材料及工艺研究所和北京航空材料研究院联合研发Al-Li合金,试制成功2A97合金,制定了以1420、2090、2195合金为目标的研发计划,成功铸出了直径310mm~450mm的圆锭和300mm(厚)×1200mm(宽)的扁锭。2020年8月,郑州轻研合金科技有限公司成功开发超强铝-锂合金,采用具有自主知识产权的全新生产工艺,全真空熔铸法,实现了超高强度Al-Li合金技术突破,使合金性能大幅提升,填补了中国工业条件下700MPa级Al-Li合金的空白。与7075合金相比,该合金的密度低5%,抗拉强度提高30%,屈服强度提高20%,弹性模量上升7%。此合金有四大优点:密度低、模量高、强度大和可工业化批量生产,这主要取决于制备工艺的先进性。目前,该公司可批量生产1420、2195等多种Al-Li合金的所有半成品材料。
 
  西南铝业(集团)有限责任公司自2012年9月开始承担“新型轻质高性能铝-锂合金工业化制备”攻关项目,针对航天用轻质高性能铝-锂合金开展成分优化、大规格锭铸造工艺、形变热处理工艺、显微组织与材料性能关系等研究,突破了合金成分精准控制、全程显微组织精细调控、大规格板材形变热处理等关键技术,实现了大规格Al-Li合金均质化、强度、韧性、低温性能、焊接性能等协同提高,达到了产业化制备目标,铸出了第三代2099铝-锂合金直径540mm圆锭,实现了多组元、高合金化Al-Li合金的突破,随其投资4.22亿元改扩建项目于2020年8月的投产,西南铝业(集团)有限责任公司轧制Al-Li合金材料的生产能力可达20kt/a。
 
  中南大学投资5亿元的航空铝材生产线可于2021年完成,可以生产一部分铝-锂合金。江苏镇江国家经济技术开发区的江苏豪然喷射成形合金公司生产的2195、1420、VL30铝-锂合金已形成批量供货,开喷射成形法制备Al-Li合金坯料的先河,其材料性能已全面达到或超过国外同类产品的。
 
  据报道,在湖南岳阳城陵矶新港区内中创空天新材料产业化基地有一条Al-Li合金生产线正在建设,可于2021年9月正式投产。该公司是一个混合所有制企业,组建于2019年12月,2020年2月10日正式开工建设,有5条生产线,占地800余亩,Al-Li合金铸造线可铸500mm厚×1600mm宽的扁锭和直径500mm以上的圆锭,年产量7kt,如果成材率按60%计算,AI-Li合金半成品产量可>4kt/a。中创空天新材料有限公司的股份构成:湖南高新创业投资集团有限公司占35%、湖南城陵矶临港新区投资有限公司占15%、中南大学资产经营有限公司占6%、钟掘院士创新团队占14%、核心管理团队占5%。新材料产业化基地总投资67亿元,分两期建设,2022年左右基本达到盈亏平衡。
 
  北京理工大学AI-Li合金王俊升博士导师教授团队,在AI-Li合金研发独树一帜,他是中组部第12批“青年千人计划”入选者,在美国一些大公司工作多年,在材料学方面有不少发明创造,2015年发明7077合金及其加工工艺;2016年提出了AI-Li合金和7×××系合金的服役性能评估体系,设计了超强高韧耐蚀合金的生产工艺。2016年9月回国加入北京理工大学前沿交叉科学研究院,筹建以汽车、航空材料开发为核心的集成计算材料工程(ICME)中心。他设计的新合金的综合性能明显优于2198合金的各项性能,其成分(质量):3.5~4.5Cu、0.8~1.6Li、0.6~1.5Mg,一种或多种晶粒细化元素(Sc、Zr、V、Hf)和其它稀土元素,Zr≤1.0、Mn≤1.0、Si≤0.12、Fe≤0.15、Ti≤0.15,杂质元素总含量≤0.35,Mg含量不小于Zn含量,Ag<0.2,可以不添加。
 
  浅议中国铝-锂合金产业的发展
 
  2020年年底中国可工业化生产铝-锂合金的企业有5家:西南铝业(集团)有限责任公司、中创空天新材料有限公司、郑州轻研合金科技有限公司、江苏豪然喷射成形合金公司(只生产加工用坯料)、中南大学材料研究院等,匡算半成品生产能力30kt/a,2021年中国将跻身世界铝-锂合金生产第二大国,仅次于美国,2025年有望在此领域成为与美国并驾齐驱的世界强国。2020年中国从事AI-Li合金研发的企业与院所、大学约12个。
 
  在AI-Li合金生产工艺中,熔炼铸造最为关键,通用的工艺有两种:惰气保护法与真空法。笔者认为惰气保护法可能更好一点,便于操作控制,成本也稍低一些,美国这两种工艺都有,俄罗斯多用真空法。
 
  中国在AI-Li合金基础理论研究方面与先进国家相比仍有一些差距,宜加大投入与聚集培养人材,但2030年以前不宜再较大地扩大生产能力。
 
  2020年,全世界研发/生产AI-Li合金的国家有7个,生产材料的企业约有15个。
 
 

相关热词搜索:

上一篇:用科技创新开创金色未来——陕西黄金集团成立十周年暨陕西省贵金属材料创新中心建设侧记
下一篇:长沙有色院中标刚果(金)潘达尾矿资源综合回收项目