中鋁輕研鎂鋰合金被五位院士鑒定為“國(guó)際領(lǐng)先”水平
日期：2022年09月01日
2022年8月27日，在中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)的組織和主持下，以線上和線下相結(jié)合的方式召開了有五位院士參加的《航空航天用超輕鎂鋰合金研制與產(chǎn)業(yè)化》高規(guī)格科技成果評(píng)價(jià)會(huì)，該項(xiàng)目由輕研合金、鄭州大學(xué)、中鋁鄭州研究院和航天五院以“產(chǎn)學(xué)研用”方式共同完成，綜合評(píng)價(jià)結(jié)論為整體技術(shù)達(dá)到“國(guó)際領(lǐng)先”水平。
出席科技成果評(píng)價(jià)會(huì)的院士專家和輕研合金項(xiàng)目組成員
評(píng)價(jià)小組由上海交通大學(xué)丁文江院士、重慶大學(xué)潘復(fù)生院士、北京科技大學(xué)謝建新院士、北京工業(yè)大學(xué)聶祚仁院士、中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)賈明星教授、中南大學(xué)張新明教授、北京衛(wèi)星制造廠賴小明研究員和中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司李紅萍研究員組成。
專家分別來自高校、航空航天院所和型號(hào)單位，丁文江院士被推選為評(píng)價(jià)小組組長(zhǎng)、潘復(fù)生院士為副組長(zhǎng)，會(huì)議由中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)張龍教授主持。出席本次成果評(píng)價(jià)會(huì)的還有中鋁鄭州研究院陳開斌總經(jīng)理，鄭州大學(xué)何季麟院士、王海龍副院長(zhǎng)和孫本雙教授，北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部韓修柱高級(jí)工程師。
輕研合金董事長(zhǎng)、中鋁鄭州研究院總經(jīng)理陳開斌致歡迎辭
首先，輕研合金董事長(zhǎng)、中鋁鄭州研究院總經(jīng)理陳開斌對(duì)與會(huì)專家和領(lǐng)導(dǎo)表示熱烈歡迎，對(duì)大家長(zhǎng)期以來對(duì)輕研合金的關(guān)心和支持表示衷心感謝，對(duì)輕研合金近15年在鎂鋰合金實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究、小試、中試及產(chǎn)業(yè)化取得的成果向與會(huì)專家進(jìn)行了簡(jiǎn)要匯報(bào)。項(xiàng)目取得的科技成果真實(shí)、可靠、成熟，已在國(guó)內(nèi)外獲得成功應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益，真正體現(xiàn)了科技是第一生產(chǎn)力的深刻內(nèi)涵，并懇請(qǐng)各位專家和領(lǐng)導(dǎo)多提寶貴意見，待疫情散去歡迎來到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。
肖陽博士向?qū)＜医M做匯報(bào)
本項(xiàng)目負(fù)責(zé)人肖陽博士從研究背景、研發(fā)思路、研究?jī)?nèi)容、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)、主要性能指標(biāo)和先進(jìn)性比較、推廣應(yīng)用成果和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益等方面向?qū)＜医M進(jìn)行了詳細(xì)匯報(bào)。
肖陽博士提到，美國(guó)在1969年就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了登月，而我國(guó)目前仍處在探索探月階段，超輕結(jié)構(gòu)材料影響了我國(guó)航空航天的發(fā)展。鎂鋰合金是世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，也是世界上最難制備的輕合金材料；用鎂鋰合金替代鎂合金、鋁合金及碳纖維復(fù)合材料，可獲得20~50%的減重效果。
由于①鋰含量高（25~36 at%）且活性高，易氧化造渣；②鎂鋰原子比重差異大（3:1），熔點(diǎn)差異大；③大規(guī)格鑄錠易偏析與縮松，存在“難制備、強(qiáng)度低、易腐蝕、易燃爆”四大世界難題。鎂鋰核心技術(shù)遭到國(guó)外嚴(yán)重封鎖，是買不來的，我們走上了一條15年的自主研發(fā)創(chuàng)新之路。
01
發(fā)明鎂鋰合金真空感應(yīng)熔鑄技術(shù)
項(xiàng)目組自2008年開始，發(fā)揮自身技術(shù)和人才優(yōu)勢(shì)，以國(guó)家重大工程需求為牽引，根據(jù)材料1-9級(jí)成熟度原則從實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究、小試、中試及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行系統(tǒng)、集成的產(chǎn)學(xué)研用研究開發(fā)，發(fā)明了鎂鋰合金專用真空感應(yīng)熔鑄技術(shù)，在公開信息中屬于世界首次掌握真空技術(shù)進(jìn)行鎂鋰合金產(chǎn)業(yè)化的單位。
中鋁輕研9級(jí)成熟度鎂鋰合金15年研發(fā)歷程
該技術(shù)不采用熔劑和有害的保護(hù)氣體，解決了安全和環(huán)保問題，打破美俄壟斷，成功制備出高純凈鎂鋰合金鑄錠。2010年國(guó)資委網(wǎng)站對(duì)本項(xiàng)目取得的成果進(jìn)行了專題報(bào)道：“克服鋰金屬容易爆炸、氧化、偏析等困難，通過多種合金化元素的調(diào)控，掌握了鎂鋰合金熔鑄、加工的關(guān)鍵技術(shù)，研制生產(chǎn)出一系列不同密度和強(qiáng)度的超輕鎂鋰合金，其中最輕的可以漂浮在水面上，具有超高的比強(qiáng)度和比模量，將對(duì)我國(guó)輕質(zhì)材料技術(shù)發(fā)展起到重要的引導(dǎo)和推動(dòng)作用”。該階段性成果被國(guó)資委報(bào)道之后，引起了國(guó)內(nèi)鎂鋰合金的“產(chǎn)、學(xué)、研、用”熱潮。
本項(xiàng)目鎂鋰合金的研究成果被國(guó)資委專題報(bào)道
項(xiàng)目開發(fā)的不同密度超輕鎂鋰合金，其中最輕的合金密度小于1g/cm3，能穩(wěn)定漂浮在水面上
02
技術(shù)產(chǎn)品化
2010年后，本項(xiàng)目組經(jīng)過持續(xù)攻關(guān)，突破了1000kg級(jí)鎂鋰合金真空感應(yīng)熔煉安全生產(chǎn)、產(chǎn)品組織性能調(diào)控、形變熱處理、腐蝕防護(hù)與應(yīng)用表征等系列技術(shù)問題，對(duì)美俄實(shí)現(xiàn)彎道超車，具備了世界領(lǐng)先的航空航天用超輕鎂鋰合金從圖紙到零部件的全流程、全系列研究開發(fā)能力。目前，輕研合金建成了一條擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的由25-1000kg級(jí)12臺(tái)真空感應(yīng)熔煉爐組成的具有世界領(lǐng)先水平的年產(chǎn)千噸級(jí)的高純凈鎂鋰合金生產(chǎn)線，可批量生產(chǎn)Φ90-500mm高質(zhì)量鎂鋰合金鑄錠。
公司單批次30噸Φ500mm真空熔鑄鎂鋰圓鑄錠
批量供貨的Φ90-500mm多種規(guī)格真空熔鑄鎂鋰圓鑄錠
公司擁有各類設(shè)備與試驗(yàn)儀器300余臺(tái)/套、生產(chǎn)廠房面積約30000m2，包括鎂鋰合金真空熔鑄、軋制、鍛造、擠壓拉拔、機(jī)械加工、熱處理、表面處理等9條世界領(lǐng)先的生產(chǎn)線和9個(gè)實(shí)驗(yàn)室，能夠提供板、帶、箔、管、棒、型、線、絲、鑄、鍛等全系列產(chǎn)品，資產(chǎn)和收入雙過億，能夠完全滿足航空航天對(duì)高性能超輕材料的需求。
公司通過科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了對(duì)美俄技術(shù)的全面超越，市場(chǎng)占有率國(guó)內(nèi)達(dá)95%以上，全球超過70%，2021年成為國(guó)家級(jí)“專精特新”小巨人企業(yè)。同年5月，國(guó)資委官方網(wǎng)站公布《中央企業(yè)科技創(chuàng)新成果推薦目錄》，再次推薦了本項(xiàng)目開發(fā)的“超輕鎂鋰合金高塑性板材”:“自主開發(fā)的鎂鋰合金超塑性寬幅板材制備技術(shù)、超精薄箔材卷軋技術(shù)突破美俄技術(shù)封鎖，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白”。
國(guó)家級(jí)“專精特新”小巨人企業(yè)
成功開發(fā)的鎂鋰合金超塑性寬幅板材
鎂鋰合金卷帶材
厚度僅14μm鎂鋰合金箔材（“手撕鎂”）
何季麟院士現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證“手撕鎂”（難度大于手撕鋼）
03
產(chǎn)品市場(chǎng)化
易腐蝕是鎂合金無法在極端惡劣環(huán)境下大規(guī)模應(yīng)用的主要原因，項(xiàng)目組對(duì)鎂鋰合金基體耐蝕機(jī)理的揭示和防腐技術(shù)的突破，探明了自修復(fù)的鎂鋰合金膜層機(jī)理，發(fā)現(xiàn)了“不銹鎂”（類似于不銹鋼的偶然發(fā)現(xiàn)對(duì)鋼鐵行業(yè)的推動(dòng)），解決了鎂鋰合金易腐蝕的世界難題，使鎂合金由百萬噸級(jí)小金屬邁向千萬噸級(jí)大金屬成為可能，并有可能成為世界第三大金屬結(jié)構(gòu)材料。
輕研合金鎂鋰合金產(chǎn)品在航空航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多個(gè)首件產(chǎn)品或首次應(yīng)用，如已成功應(yīng)用于50余顆衛(wèi)星、首套軍機(jī)用鎂鋰合金光電吊艙、首架鎂鋰合金無人機(jī)殼體、首套鎂鋰合金衛(wèi)星蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板、飛行員頭瞄、便攜式夜視儀、單兵裝備等，為航空航天裝備帶來20-50%的減重效果，解決了超輕材料制約我國(guó)武器裝備性能提升的瓶頸，使我國(guó)向航空航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。通過軍用技術(shù)民用化，鎂鋰合金產(chǎn)品在交通運(yùn)輸、3C、便攜式產(chǎn)品等民用領(lǐng)域具有顯著的減重優(yōu)勢(shì)，公司產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用100多萬臺(tái)筆記本電腦，為人們的生活帶來輕便和舒適。
鎂鋰合金耐蝕機(jī)理2015年在《Nature Materials》雜志發(fā)表
3.5％NaCl浸泡24小時(shí)的“不銹”鎂鋰合金
項(xiàng)目組成功研制的世界首套鎂鋰合金光電吊艙，應(yīng)用于某型號(hào)軍用飛機(jī)，經(jīng)歷航空艙外高溫、高寒、高鹽、高溫的復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的考驗(yàn)。
04
“國(guó)際領(lǐng)先”評(píng)價(jià)結(jié)論
在肖陽博士匯報(bào)后，專家組就公司采用真空技術(shù)研制和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鎂鋰合金存在技術(shù)難點(diǎn)、合金純凈度、形變熱處理、無損檢測(cè)以及未來應(yīng)用前景等方面進(jìn)行了質(zhì)詢交流并對(duì)本項(xiàng)目涉及的技術(shù)創(chuàng)新程度、整體技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)程度、技術(shù)難度和復(fù)雜程度、技術(shù)重現(xiàn)性和復(fù)雜程度以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益等方面進(jìn)行了客觀評(píng)定：
該項(xiàng)目開創(chuàng)了高端、純凈化鎂鋰合金真空感應(yīng)熔煉技術(shù)的先例，突破了鎂鋰合金真空熔體純凈化與錠坯均質(zhì)化制備技術(shù)，遠(yuǎn)優(yōu)于美國(guó)的“熔劑法”和俄羅斯的“保護(hù)氣氛+半連續(xù)鑄造法”，雜質(zhì)元素含量均低于美國(guó)和俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)。
02
該項(xiàng)目獨(dú)創(chuàng)鎂鋰合金真空熔鑄安全生產(chǎn)技術(shù)、預(yù)防體系和專用裝備，建立了完整的工藝與裝備安全操作規(guī)范，引領(lǐng)了鎂鋰行業(yè)的技術(shù)革命。
03
基于鎂鋰合金成分-工藝-組織-性能調(diào)控，揭示了鎂鋰合金協(xié)調(diào)變形機(jī)制，開發(fā)出具有世界領(lǐng)先水平的300MPa級(jí)高強(qiáng)高塑鎂鋰合金。項(xiàng)目組自主研制并批產(chǎn)應(yīng)用的LA93M、LA93Z合金優(yōu)于美俄同類產(chǎn)品，批產(chǎn)14μm世界最薄微米級(jí)箔材，填補(bǔ)了世界空白。
04
設(shè)計(jì)了鎂鋰合金微納觀組織多級(jí)調(diào)控工藝和表面復(fù)合氧化處理工藝，采用“基材主動(dòng)防腐+涂層被動(dòng)防腐”相結(jié)合，突破了鎂合金易腐蝕世界難題，使鎂合金由百萬噸級(jí)小金屬邁向千萬噸級(jí)大金屬，成為世界第三大金屬結(jié)構(gòu)材料成為可能。
最后專家組一致認(rèn)為本項(xiàng)目整體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，并建議型號(hào)單位和輕研合金繼續(xù)保持深入合作，加快鎂鋰合金在軍工領(lǐng)域推廣應(yīng)用。通過本次科技成果評(píng)價(jià)會(huì)，我們將針對(duì)各位專家和領(lǐng)導(dǎo)提出的意見建議，進(jìn)一步完善產(chǎn)業(yè)化技術(shù)并加快推廣應(yīng)用步伐，更好地服務(wù)我國(guó)的航空航天事業(yè)。
“國(guó)際領(lǐng)先”鑒定結(jié)果
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