新型金屬材料應(yīng)用廣泛文章
一、鎂及鎂合金
鎂由于優(yōu)良的物理性能和機(jī)械加工性能，豐富的蘊(yùn)藏量，已經(jīng)被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為最有前途的輕量化材料及21世紀(jì)的綠色金屬材料，未來幾十年內(nèi)鎂將成為需求增長最快的有色金屬。
1、汽車、摩托車等交通類產(chǎn)品用鎂合金
20世紀(jì)70年代以來，各國尤其是發(fā)達(dá)國家對汽車的節(jié)能和尾氣排放提出了越來越嚴(yán)格的限制，1993-1994年歐洲汽車制造商提出“３公升汽油轎車”的新概念。美國提出了“PNGV”（新一代交通工具）的合作計(jì)劃。其目標(biāo)是生產(chǎn)出消費(fèi)者可承受的每百公里耗油3公升的轎車，且整車至少80%以上的部件可以回收。這些要求迫使汽車制造商采用更多高新技術(shù)，生產(chǎn)重量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車。據(jù)測算，汽車自重減輕10%，其燃油效率可提高5.5%，如果每輛汽車能使用70公斤鎂，CO的年排放量就能減少30%以上。鎂作為實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車的減重和性能改善中的重要作用受到人們的重視。
世界各大汽車公司已經(jīng)將鎂合金制造零件作為重要發(fā)展方向。在歐美國家中，各國的汽車廠商正極力爭取采用鎂合金零件的多少作為自身車輛領(lǐng)先的標(biāo)志，大眾、奧迪、菲亞特汽車公司紛紛使用鎂合金。90年代初期，歐美小汽車上應(yīng)用鎂合金的重量，平均每車約1公斤，至2000年已達(dá)到3.6公斤左右，目前歐美各主要車廠都在規(guī)劃在今后15~20年的期間，將每車的鎂合金用量上升至100～120公斤。行家預(yù)測，在未
來的7-8年中，歐洲汽車用鎂將占總消耗量的14%，預(yù)計(jì)今后將以15%的速度遞增，2005年將達(dá)到20萬噸。
2、電子及家電用鎂合金
汽車行業(yè)對鎂合金的大量需求，推動(dòng)了鎂合金生產(chǎn)技術(shù)的多項(xiàng)突破，鎂合金的使用成本也大幅度下降，從而促進(jìn)了鎂合金在計(jì)算機(jī)、通訊、儀器儀表、家電、醫(yī)療、輕工等行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。其中，鎂合金應(yīng)用發(fā)展最快的是電子信息和儀器儀表行業(yè)。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上電磁屏蔽、散熱和環(huán)保方面的考慮，鎂合金成了廠家的最佳選擇。另外，鎂合金外殼可使產(chǎn)品更豪華、美觀。在電子信息和儀器儀表行業(yè)的鎂合金制品的單位重量和尺寸不如汽車零部件，但它的數(shù)量大、覆蓋面廣，其用量也是巨大的。所以，近幾年電子信息行業(yè)鎂合金的消耗量急劇增加，成為拉動(dòng)全球鎂消耗量增加的另一重要因素。
3、其它應(yīng)用領(lǐng)域
其它如鋁合金添加劑、鎂犧牲陽極和型材用鎂合金等。
鎂犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一，廣泛應(yīng)用于長距離輸送的地下鐵制管道和石油儲(chǔ)罐。目前，作為鎂犧牲陽極的鎂合金有3～4萬噸/年的市場需求量，且每年以20%的速度增長。
鎂合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或國防領(lǐng)域。近幾年由于鎂合金生產(chǎn)能力和技術(shù)水平的提高，其生產(chǎn)成本已下降到與鋁合金相當(dāng)?shù)某潭�，極大地刺激了其在民用領(lǐng)域的應(yīng)用，如用做自行車架、輪椅、康復(fù)和醫(yī)療器械及健身器材。
二、鈦及鈦合金
鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高和耐蝕性好等優(yōu)良特性。隨著國民經(jīng)濟(jì)及國防工業(yè)的發(fā)展，鈦日漸被人們普遍認(rèn)識(shí)，廣泛地應(yīng)用于汽車、電子、化工、航空、航天、兵器等領(lǐng)域。 從2002年世界主要鈦生產(chǎn)國的產(chǎn)量及所占比例來看，美國、獨(dú)聯(lián)體、日本占有重要地位。美國占28.3%，獨(dú)聯(lián)體占29.7%，日本占25.3%，三地的合計(jì)產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的83%。
從鈦的應(yīng)用領(lǐng)域來看，以美國、日本為例，美國鈦的最大應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天，占到總消費(fèi)量的58.5%；日本則是火力、核電廠，及板式熱交換器，兩者合計(jì)占總消費(fèi)量的41.9%。從下表可以看出，與美國相比，日本在更多方面使用鈦。在體育用品方面，除了在高爾夫球桿頭上使用鈦以外，還有短距離用跑鞋的銷釘、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行車架、輪椅等等。美日兩國在化學(xué)工業(yè)及油氣田鉆探裝置上的用鈦量都在增加。在計(jì)算機(jī)磁盤(真空鍍膜)、纖維紡織機(jī)的框架、餐具、帳篷用具、拐杖和照相機(jī)等方面都巧妙地使用鈦。
資料來源：國際鈦應(yīng)用會(huì)議，上�？茖W(xué)技術(shù)情報(bào)研究所整理。
三、鋁及鋁合金
鋁合金具有密度小、導(dǎo)熱性好、易于成形、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、輕工建材等部門，是輕合金中應(yīng)用最廣、用量最多的合金。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和冶煉技術(shù)的突破，其性價(jià)比大為提高，目前交通運(yùn)輸業(yè)已成為鋁合金材料的`第一大用戶。
在世界范圍內(nèi)，交通運(yùn)輸業(yè)已成了鋁材的第一大用戶，2001年交通運(yùn)輸業(yè)消耗鋁占全世界原鋁產(chǎn)量的27.6%，有些國家達(dá)30%以上。隨著交通運(yùn)輸業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，鋁及鋁合金材料在航空航天和汽車三大領(lǐng)域的應(yīng)用日益增加。
1、鋁合金材料在航空航天中的應(yīng)用
鋁合金是亞音速飛機(jī)的主要用材，目前民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的用量為70%～80%，其中僅鋁合金鉚釘一項(xiàng)每架飛機(jī)就有40～150萬個(gè)；據(jù)波音飛機(jī)公司的統(tǒng)計(jì)，制造各類民用飛機(jī)31.6萬架，共用鋁材7100千噸，平均每架用鋁22噸。鋁制零部件在先進(jìn)軍用飛機(jī)中的比例雖低一些，但仍占其自身總質(zhì)量的40%～60%。據(jù)預(yù)測，2010年全球航空航天鋁材的消費(fèi)量可達(dá)60萬噸，年平均增長率約為4.5%。
航空航天鋁材的價(jià)格比普通民用鋁材的價(jià)格高得多，為后者的18倍左右，是一個(gè)非常重要的市場，而其政治與軍事意義則尤為重大。2002年美國航空航天鋁材的價(jià)格為33000～44100美元/噸，而普通民用鋁材的價(jià)格只不過2200～3500美元/噸。
美國是世界航空航天工業(yè)巨頭，其用鋁約占全球此領(lǐng)域用鋁量的50%強(qiáng)，其他國家如法國、俄羅斯、中國、日本、巴西、加拿大、英國等的用量為50%弱。2002年，全世界航空航天用鋁量約42萬噸，其中美國的用量為21.4萬噸。
美國鋁業(yè)公司（Alcoa）是世界航空航天鋁材的主要供應(yīng)者，占全球總供應(yīng)量的35%以上，為了保持其在該領(lǐng)域的世界霸主地位，獲得更大的利潤，經(jīng)過精心的全面的調(diào)查研究與策劃后，于2002年提出了一個(gè)名為“20-20攻關(guān)計(jì)劃（20-20Initiative）”的計(jì)劃。計(jì)劃內(nèi)容與目標(biāo)包括：在20年時(shí)間內(nèi)，開發(fā)一批新的高性能鋁合金，改進(jìn)鋁制零部件的設(shè)計(jì)，采用高技術(shù)制造工藝，使鋁制零部件的質(zhì)量下降20%，使鋁制零部件的制造成本與維護(hù)費(fèi)用減少20%。
鋁鋰合金具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度、優(yōu)良的低溫性能、良好的耐腐蝕性能和卓越的超塑成型性能，用其取代常規(guī)的鋁合金可使構(gòu)件質(zhì)量減輕15%，剛度提高15%～20%，被認(rèn)為是航空航天工業(yè)中的理想結(jié)構(gòu)材料。在航天領(lǐng)域，鋁鋰合金己在許多航天構(gòu)件上取代了常規(guī)高強(qiáng)鋁合金。鋁鋰合金作為儲(chǔ)箱、儀器艙等結(jié)構(gòu)材料具有較大優(yōu)勢。
國外預(yù)測，含鈧鋁-鎂合金及其它系列的鋁合金有可能成為下一代飛機(jī)的重要結(jié)構(gòu)材料。TiAl
基合金的板材除了有望直接用作結(jié)構(gòu)材料外，還可以用作超塑性成型的預(yù)成型材料，并用于制作近凈成型航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件及超高速飛行器的翼、殼體等。
2、鋁合金在汽車中的應(yīng)用
鋁及鋁合金是最早用于汽車制造的輕質(zhì)金屬材料，也是工程材料中最經(jīng)濟(jì)實(shí)用、最有競爭力的汽車用輕金屬材料，從生產(chǎn)成本、零件質(zhì)量、材料利用率等方面看，具有多種優(yōu)勢。
汽車用鋁合金材料的3/4為鑄造鋁合金，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)部件，傳動(dòng)系部件，底盤行走系零部件。變形鋁合金主要用于熱交換器系統(tǒng)，車身系部件。預(yù)計(jì)10年內(nèi)95%的氣缸蓋和50%的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體將用鋁合金制造，輕型貨車目標(biāo)分別達(dá)到60%和25%水平。鋁基復(fù)合材料在某些范圍內(nèi)替代鋁合金、鋼和陶瓷等傳統(tǒng)的汽車材料，用于汽車關(guān)鍵零件，特別是高速運(yùn)動(dòng)零件，對減少質(zhì)量、減少運(yùn)動(dòng)慣性、降低油耗、改善排放和提高汽車綜合性能等具有非常積極的作用，在汽車領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。
泡沫鋁材被認(rèn)為是一種大有前途的未來汽車的良好材料。泡沫鋁材在汽車制造中的應(yīng)用多為三明治式的三夾板，即：芯層為泡沫鋁或泡沫鋁合金，上下層為鋁板或其他金屬薄板。德國卡曼汽車公司用三明治式復(fù)合泡沫鋁材制造的吉雅輕便轎車(Ghiaroadster)的頂蓋板的剛度，比原來的鋼構(gòu)件高7倍左右，而其質(zhì)量卻比鋼件輕25%。據(jù)測算，汽車車身構(gòu)件約有20%可用泡沫鋁材制造，一輛中型轎車如采用泡沫鋁材制造，某些零件可減重27.2kg左右，既可節(jié)約能源又可減輕對環(huán)境的污染。采用泡沫鋁材結(jié)構(gòu)，可大大簡化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，零部件數(shù)至少可減少1/3。
根據(jù)國際鋁業(yè)協(xié)會(huì)（IAI）統(tǒng)計(jì)數(shù)字，1991-1999年鋁及鋁合金在汽車上的應(yīng)用翻了一番，預(yù)計(jì)到2005年還將再翻一番。預(yù)計(jì)2005年美國汽車用鋁及鋁合金將超過130kg/輛，西歐將達(dá)到119kg/輛。
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