吴永福
浅议世界铝-锂合金产业(下)——中国铝-锂合金的发展
2022-1-22 15:18
阅读:4713

| 出品:「Aluminum」公众号

| 原作者:王祝堂

| 整理:三铝大夫


本文原载于2020年的《中国有色金属报》,作者:王祝堂。由三铝大夫整理,「Aluminum」公众号分上中下三篇转载,略有改动和补充。


在上篇介绍了1924年以来欧美国家铝-锂合金的发展情况,在中篇主要介绍了苏联/俄罗斯独立于欧美国家的铝-锂合金的发展路线。此篇为下篇,介绍中国在铝-锂合金研究和产业方面的进展。以C919为开端的大飞机项目为铝-锂合金产业的发展带来了新的契机。

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中国Al-Li合金的研发始于上世纪1962年哈尔滨铝加工厂即现在的东北轻合金有限责任公司(三铝大夫注:又是东轻,东轻不愧为银色脊梁),当时是仿制苏联的铝-锂合金,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。

七五十三五,国家连续在35年的国家级科研计划中对铝-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)、西南铝、航材院(621)、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-锂合金研发-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。


| 西南铝

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

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| 轻研合金

郑州轻研合金科技有限公司是一家专精特新企业,2020年8月成功开发超强铝-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——进行铝锂合金的规模化生产,实现了超高强度Al-Li合金技术突破,使合金纯净度以及性能大幅提升,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。

轻研合金自铝锂合金产业化生产以来,可提供从熔铸、热加工、热处理、机加工成形到最终表面处理全流程生产服务。产能、产值实现逐年倍增,与航天科工、航天科技、中航工业、中国兵器等国内航空航天领域科研院所、企业进行深入合作。目前该公司可批量生产1420、2195、8090、2060等牌号铝锂合金,产品类型涵盖自由锻件、模锻件、薄板、中厚板以及3D打印用焊丝等



|
 中南大学

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。


| 江苏豪然

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。


| 中创空天

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,预计2022年左右基本达到盈亏平衡。


| 北京理工大学

北京理工大学AI-Li合金王俊升教授团队,在AI-Li合金研发独树一帜,王俊升教授在美国企业工作多年,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。

    中国的铝-锂合金生产能力   


2020年中国从事AI-Li合金研发的企业与院所、大学约12个。2020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

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(视频:探访世界上最大的铝锂合金生产基地——美铝Alcoa拉斐特工厂),2025年有望在此领域成为与美国并驾齐驱的世界强国。(三铝大夫注:30kt/a的产能可能有点乐观了。)

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才,但2030年以前不宜再较大地扩大生产能力。

截止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。


以上就是王祝堂教授2020年在《中国有色金属报》刊发的“浅议世界铝-锂合金产业”系列文章,由三铝大夫整理,略有改动。

后续Aluminum」公众号将持续刊发铝-锂合金相关的文章。


    相关阅读  

1. 浅议世界铝-锂合金产业(上)——欧美国家铝-锂合金的发展

2. 浅议世界铝-锂合金产业(中)——苏联/俄罗斯铝-锂合金的发展

3. 探访世界上最大的铝锂合金生产基地——美铝Alcoa拉斐特工厂

4. 肯联的铝锂合金在航天发射系统和乘员舱的应用进展

5. 肯联铝业公司Airware铝锂合金产品方案


-----此文2021年12月同时发布于我的个人微信公众号(Aluminum)-----

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