金属材料发展前景

1 前言

能源、信息、材料是社会发展的三大支柱，而材料又主要分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，这其中金属材料是人类历史上系统的应用研究时间最长，在目前应用也较为广泛的一种重要材料。金属材料在人类历史上一直扮演着重要的角色，这是由其自身性质决定的，金属材料具有高弹性模量、高韧性和强度硬度较高等优点，同时金属材料来源广泛，种类繁多和加工技术相对成熟等优异的特性，这些优点都决定了金属材料在材料领域中占有极其重要的地位。随着现代金属材料科学的不断发展，金属材料在机械制造业、国防领域、航空航天、建筑业、农业、矿业资源、电子信息等领域，有明显的性价比优势和广阔的市场。

2 .1 钢铁材料发展

钢铁材料是国民经济的重要基础，在整个材料大家庭中始终占据着重要的地位。随着国民经济的不断发展和科技的更新，当的份额。未来不锈钢的趋势发展主要集中在加强发挥其自身优势，使其能具有在特殊条件下使用的特殊性能不锈钢，同时如何降低其研发生产成本，也是未来的一个方向。

此外，钢铁材料的新需求和新技术也在不断地出现。特别是在能源工业、

交通运输、航空技术对新型钢铁材料的社会需求。由于要有新的产品产出，所以就会带动产生新的技术。超纯净钢生产工艺就是其中的一种。随着钢铁生产工艺的技术进步与生产装备的进一步完善。对于连铸质量，围绕无缺陷连铸坯的生产，重点解决以下技术困难：(1) 高碳钢连铸的中心偏析与疏松缺陷；(2) 包晶钢、含Ti不锈钢的表面质量控制；(3) 卷渣造成的大型夹杂物控制技术；(4)铸坯质量的准确预报与表面修磨技术。实现上述目标，钢铁厂今后将会大力推广并不断优化铁水预处理、全自动转炉吹炼、二次精炼、保护浇注和无缺陷连铸等重大新工艺技术。高性能、高精度连轧工艺技术轧钢工艺的发展主要围绕“三高”技术开展：(1)高性能：通过采用控轧控冷(又称形变热机械处理)工艺，控制钢材的组织结构，提高钢共 5 页

材的性能，特别是强度、韧性指标；(2)高精度：除了精确控制轧材的尺寸精度外，进一步减小长型材的椭圆度和提高板材的板形控制精度及表面质量；(3)高效率：包括进一步提高连轧机的轧制速度和轧机作业率，大幅度提高连轧机组的生产效率。

2．2 有色金属材料发展

随着金属材料科学技术的发展，有色金属材料会逐步向性能高，精度高、能耗低向发展。目前有色金属材料在性能上获得了长足的进步，我国的有色金属材料行业经过多年的发展品种已较为齐全，工艺多样化，已形成具有一定实力的完整工业体系。当前机械制造业、航天航空业、电子和电信行业等都在不断的快速的发展之中，这就需要对有色金属材料的强度、硬度、韧性、刚度、耐高温性等指标提出了更高的要求。未来有色金属材料应该在开发机械合金化、颗粒复合、表面处理技术等方向加快发展。不断的提高有色金属材料质量、扩大品种种类、完善有色金属材料体系。有色金属材料在周围介质作用下发生化学和电化学作用而引起的破坏称为金属材料的腐蚀，如铜发绿锈、铝生自斑点等除少数贵金属(如金、铂)外，各种金属都是自发的存在腐蚀现象。为了防止和减轻金属材料的腐蚀，应采取一定的防腐措施。常用的防腐基本措施有化学保护层、表面覆盖层、电化学保护、缓冲剂保护等。未来有色金属材料在如何处理腐蚀与防护之间的关系是相关科技人员的一个重要发展趋势。同时要不断的提高有色金属材料的抗磨性能，研究材料耐磨性与内部组织结构和材料力学性能的关系：内部晶界的结构缺陷以及扩散对金属材料性能的影响。随着现代化工、农业和科学技术的快速发展，有色金属扮演着越来越重要的角色。

我国有色金属工业固定资产投资正逐年增加，投资结构正进一步优化。近几年来，我国在有色金属方面的投资正逐年增加，投资主体多元化成为推动行业快速发展的重要因素。后期我国有色金属的需求将保持稳定增长。据冶金行业统计，2017年，我国有色金属产业呈平稳较快增长态势。2017年铜、铝、铅锌、钛、黄金、镍等十种有色金属总产量达3135万t。其中规模以上有色金属企业实现主营业务收入27122．4亿元，同比增长45．1％，实现利润1145．5亿元，同比增长89．15％。

2．3 特殊金属材料

在金属材料未来的发展中，特殊金属材料也是一个重点。如非晶态合金、超塑性合金、金属基复合材料。非晶态金属是一种“年轻”的金属材料，从它诞生以来，就显示出了巨大的潜能，人们不断地发现它的各种奇异的、优良的特性，非晶材料已被广泛应用于开关电源、脉冲变压器、磁头、电源变压器、磁放大器、电感器、焊料、漏电保护器、磁屏蔽、传感器、电机、机器零件、设备面材等方面。最近，对非晶态金属的性能和应用的研究又有了新进展。事实表明，这一充满着活力的“年轻”合金是未来材料发展的方向之一。具有中国特色的非晶态合金科研开发和应用体系。如今，中国的非晶态合金的科研开发和应用能力已经达到国际先进水平，共取得100多项科研成果和2O多项专利。国家于1996年组建了非晶微晶合金工程技术研究中心，是国内最早开发非晶纳米晶合金的单位之一，承担并完成了国家科委六五— — 九五科技攻关任务，共取得多项国家科研成果和专利。非晶带材自动卷取技术荣获1988年国家十大科技新闻之一；中心现有7条非

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晶带材生产线，可生产在200mm 以下不同规格的铁基、铁镍基、钴基非晶带材和铁基纳米晶带材，年生产能力300吨以上；一条非晶纳米晶铁芯及元器件生产线，年生产能力达2O余万只；已经投入试生产的千吨级非晶带材和配电变压器铁芯生产线年生产能力将达到3000吨非晶带材和200吨配电变压器铁芯。尤其值得一提的是，我国干2000年完成的千吨级非晶带材生产线成功喷出了220ram 的非晶带材(重量200余公斤，其表面质量良好)。220ram 宽非晶带材的喷制成功标志着我国非晶工艺、装备的技术水平前进了一大步(目前美国生产的非晶带材的最大宽度为217mm)。由于形成非晶态金属的条件限制(需快速冷凝)，目前所生产的非晶合金基本都是带材，这就大大地限制了非晶合金的应用范围。现在人们正致力于“大块非晶”合金的研究和开发，并在非晶形成的机理方面取得了长足的进步[3 ]：认识到非晶形成的临界条件不完全是冷却速率本身，而是取决于下冷液达到亚稳态的程度(可用过冷度ATx表征)，过冷度的大小衡量了非晶的形成能力，它与构成合金的组成有关。根据这一观点，只要合理地配制合金，就可以用相对较低的冷却速率铸造出具有较强形成能力的大块非晶合金了[5 ]。如今采用吸铸法已制备出直径达30mm 的Zr基非晶合金L4j，而对Pd—Ni—Cu—P报道的尺寸已达72mm 。

社会、经济效益。而所有的这些都与非晶态金属的研发密不可分。虽然这类金属材料发展较短，科学体系还不够完善，但是由于其具有特殊的力学性能和原材料成本优势，这也是未来发展的一个重要方向。

2．4 未来的发展政策

完善科研体制。无论是政府部门还是科研单位都要对金属材料发展的重要性有足够的认识。把科研、教学、生产相结合，既要重视尖端技术的发展，也不能忽视基础的研究在企业要加快新技术的应用，淘汰落后的生产手段和制造设备，提高生产效率，降低成本。金属材料品种繁多，在未来的政策制定上要能够突出其发展重点，能够集中科研资源，重点突破金属材料的回收再利用。另一个具有特殊社会效益和企业效益的是废旧金属的回收再利用问题，废旧金属回收最大的特点是金属可以不断地循环利用，比矿业采集和冶炼的金属制成原材料成本低，而且分拣后的质量是相同的。同时又能节约能源为社会和企业带来经济效益的同时又能带来环境上的效益。未来金属材料行业应该大力支持废旧金属的回收再利用，用物理、化学等方法将钢铁、铝、铜等金属材料分别回收，重新再利用。

结语

在国家任何时期制定的重点支持行业中，金属材料始终都是榜上有名，这也反映出了金属材料对于国家经济和工业安全的重要作用。在未来的发展中，金属材料会向性能高、成本低、技术含量高等方向发展，并且随着这种发展，整个金属材料也将焕发出新的生命力。我们有理由相信，在相关科技工作者和政府部门的努力下金属材料行业将会呈现更为繁荣的未来。

金属材料的发展前景(1)2017-04-07 06:55 | #2楼

当下社会，金属材料在人类社会中的地位受到了前所未有的挑战。一方面是高分子材料和陶瓷材料对传统金属材料造成冲击。首先是高分子材料。高分子材料尤其是工程塑料，从性能到应用的许多方面已能和传统的金属材料相抗衡，加上其原料丰富、价格便宜、产量惊人，已经迅速崛起。其次是陶瓷材料，陶瓷材料在现代电子工业中占有异常重要的地位。另一方面金属材料自身对能源、资源和环境三方面造成的消耗很大。金属材料经过数千年的发展，某些主要的金属矿产资源日渐紧张、高质量的金属矿产很快减少、低质量的矿物使能源消耗和成本增加，这些都使金属工业成为能源的最重要消耗者，

同时也是严重的环境污染者。基于以上的原因，金属材料的发展可以在以下两个方面进行：

一是对已有的金属材料要最大限度地提高它的质量，挖掘它的潜力，使其产生最大的效益。这要求金属材料的制造技术要有飞跃性的进步。冶炼技术、炉外精炼技术铸造技术、连铸连轧技术、近终形加工成型技术、热处理技术、粉末冶金技术等传统工艺的改进，加上微量杂质的控制技术、微量元素的合金化技术、高纯净度低偏析技术等的发明，都使金属材料焕发了第二春。

二是希望金属材料能够开拓出新的功能，以适应更高的使用要求。如钛合金的记性以及生物亲和性等，都是传统金属材料在未来发展的新方向。

一、镁及镁合金

镁由于优良的物理性能和机械加工性能，丰富的蕴藏量，已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料，未来几十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。

1、汽车、摩托车等交通类产品用镁合金

世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。在欧美国家中，各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少作为自身车辆领先的标志，大众、奥迪、菲亚特汽车公司纷纷使用镁合金。90年代初期，欧美小汽车上应用镁合金的重量，平均每车约1公斤，至2000年已达到

3.6公斤左右，目前欧美各主要车厂都在规划在今后15~20年的期间，将每车的镁合金用量上升至100～120公斤。行家预测，在未来的7-8年中，欧洲汽车用镁将占总消耗量的14%，预计今后将以15%的速度递增，2017年将达到20万吨。

2、电子及家电用镁合金

近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。

3、其它应用领域

镁合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或国防领域。近几年由于镁合金生产能力和技术水平的提高，其生产成本已下降到与铝合金相当的程度，极大地刺激了其在民用领域的应用，如用做自行车架、轮椅、康复和医疗器械及健身器材。

二、钛及钛合金

钛及钛合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优良特性。随着国民经济及国防工业的发展，钛日渐被人们普遍认识，广泛地应用于汽车、电子、化工、航空、航天、兵器等领域。

三、铝及铝合金

铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。随着电力工业的发展和冶炼技术的突破，其性价比大为提高，目前交通运输业已成为铝合金材料的第一大用户。

1、铝合金材料在航空航天中的应用

铝合金是亚音速飞机的主要用材，目前民用飞机结构上的用量为70%～80%，其中仅铝合金铆钉一项每架飞机就有40～150万个；据波音飞机公司的统计，制造各类民用飞机31.6万架，共用铝材7100千吨，平均每架用铝22吨。铝制零部件在先进军用飞机中的比例虽低一些，但仍占其自身总质量的40%～60%。据预测，2017年全球航空航天铝材的消费量可达60万吨，年平均增长率约为

4.5%。

铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能，用其取代常规的铝合金可使构件质量减轻15%，刚度提高15%～20%，被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在航天领域，铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势。

国外预测，含钪铝-镁合金及其它系列的铝合金有可能成为下一代飞机的重要结构材料。TiAl基合金的板材除了有望直接用作结构材料外，还可以用作超塑性成型的预成型材料，并用于制作近净成型航空、航天发动机的零部件及超高速飞行器的翼、壳体等。

2、铝合金在汽车中的应用

铝及铝合金是最早用于汽车制造的轻质金属材料，也是工程材料中最经济实用、最有竞争力的汽车用轻金属材料，从生产成本、零件质量、材料利用率等方面看，具有多种优势。

汽车用铝合金材料的3/4为铸造铝合金，主要是发动机部件，传动系部件，底盘行走系零部件。变形铝合金主要用于热交换器系统，车身系部件。预计10年内95%的气缸盖和50%的轿车发动机气

缸体将用铝合金制造，轻型货车目标分别达到60%和25%水平。铝基复合材料在某些范围内替代铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料，用于汽车关键零件，特别是高速运动零件，对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等具有非常积极的作用，在汽车领域有着良好前景。

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