近日，俄羅斯國(guó)立研究型技術(shù)大學(xué)研制出一種低成本、可耐400℃高溫的鋁合金，相較于其他類似合金可承受范圍高出100℃至150℃，預(yù)計(jì)將大大減少鐵路運(yùn)輸、航空和其他設(shè)備的重量和碳足跡。而我國(guó)在碳中和和輕量化背景下，也在積極探索“以鋁代鋼”的發(fā)展模式，推動(dòng)鋁合金行業(yè)的發(fā)展。

鋁合金行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模

由于鋁合金耐高溫、可循環(huán)利用、低成本等優(yōu)點(diǎn)，近年來日益受到各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。2017年鋁合金行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為2011.18億元，2020年增長(zhǎng)至2765.53億元。預(yù)計(jì)2021年鋁合金行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2997.55億元，2022年將進(jìn)一步達(dá)到3318.34億元。

近年來，我國(guó)鋁合金產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)。2021年9月中國(guó)鋁合金產(chǎn)量為93.5萬噸，同比增長(zhǎng)3%；2021年1-9月中國(guó)鋁合金累計(jì)產(chǎn)量為835.4萬噸，累計(jì)增長(zhǎng)19.2%；2015-2020年中國(guó)鋁合金產(chǎn)量逐年遞增，2020年達(dá)到。

國(guó)內(nèi)外鋁合金材料發(fā)展及研究現(xiàn)狀

（一）國(guó)外鋁合金材料發(fā)展及研究現(xiàn)狀

總體來看，工業(yè)發(fā)達(dá)我國(guó)鋁合金材料開發(fā)與應(yīng)用的歷史時(shí)間長(zhǎng)，基礎(chǔ)好，研究積累，鋁合金材料體系系統(tǒng)性強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平較高。尤其是美國(guó)、俄羅斯等工業(yè)強(qiáng)國(guó)較早開展了鋁合金材料的研發(fā)工作，申請(qǐng)了大量的鋁合金牌號(hào)，廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、空天等領(lǐng)域，現(xiàn)已形成了一定程度的專利霸權(quán)。

在汽車領(lǐng)域，鋁合金是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要材料。在 2XXX 系鋁合金方面，美國(guó)的雷伊路菲公司和法國(guó)的西貝內(nèi)公司相繼開發(fā)了 2036-T4、 AU2G-T4 鋁合金板材，用于汽車車身。在 5XXX 系鋁合金方面，美國(guó)鋁業(yè)公司（ALCOA）開發(fā)了 X5085-O、5182-O 等鋁合金，用于車身內(nèi)板。在 6XXX 系鋁合金方面，美國(guó)研制了 6009 和 6010 車身鋁合金板。挪威海德魯鋁業(yè)公司 [2] 在 2018 年開發(fā)了 HHS360 合金，抗拉強(qiáng)度比 6082 合金提高了 10.8%，達(dá)到 360 N/mm2 ，伸長(zhǎng)率達(dá)到 10%；之后，該公司又在此基礎(chǔ)上開發(fā)了 HHS400 合金，抗壓強(qiáng)度達(dá)到 400 N/mm2 ，屈服強(qiáng)度不小于370 N/mm2 ，伸長(zhǎng)率為 8%，主要應(yīng)用于汽車制造。美國(guó)的肯聯(lián)鋁業(yè)公司 [2] 開發(fā)了 HSA6 系列合金，其中 HSA6-T6 合金擠壓型材的屈服強(qiáng)度為 370 N/mm2 ，而抗拉強(qiáng)度為 400 N/mm2 ，與采用傳統(tǒng)鋁合金材料制造的全鋁汽車質(zhì)量相比，可減重 30% 以上。目前，國(guó)外鋁加工企業(yè)致力于開發(fā)低成本的汽車板。印度的諾貝麗斯鋁業(yè)公司已經(jīng)推出 AdvanzTM 系列合金 Ac5754R，進(jìn)一步減輕了汽車重量。該公司還與捷豹路虎汽車有限公司合作開發(fā)了具有優(yōu)良成形和卷邊性能的 AC-170PX 鋁合金 [3]，用于汽車覆蓋件外板。而美國(guó)的奧科寧克公司成功開發(fā)了新一代汽車板生產(chǎn)設(shè)備與工藝“Micro-Mill”技術(shù)，地提升了汽車車身和覆蓋件用鋁板的性能，綜合性能提升 20%，成本降低 30%。目前，在汽車車身板領(lǐng)域，應(yīng)用最多的為 6082 鋁合金，在前后防撞梁上較多企業(yè)嘗試使用 6XXX 系或 7XXX 系擠壓型材來制備。

在船舶領(lǐng)域，鋁合金在船舶上的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大。國(guó)外發(fā)展較早。迄今為止，主要是 5XXX 系和 6XXX 系鋁合金，分別用于船殼體和船上建筑。在變形鋁合金方面 [4]，主要有：美國(guó)的 5086、5456 合金，日本的 5083 合金，英國(guó)的 N8（5083）合金，的 AMr6（5A06）、AMr61、B48-4（01980）、K48-1、K48-2合金。俄羅斯研制了含鈧（0.1%~0.3%）的高強(qiáng)度 Al-Zn-Mg 系合金（如 01970、01975 合金等）。在鑄造鋁合金方面 [4]，主要有：蘇聯(lián)的 BAП5、AП4M（ZL111）、AП8（ZL301）、 AП13、AП25、AП27 合金，美國(guó)的 356（ZL101）、 SEM328（ZL106）、514（ZL302）、515、518（YL302）、 520（ZL301）、X250 合金等。目前船舶領(lǐng)域?qū)︿X合金材料的使用仍然以 5083 合金以及其改進(jìn)型合金為主，充分利用其耐腐蝕性能、焊接性能、易成形性能以及力學(xué)性能的綜合優(yōu)勢(shì)。

在空天領(lǐng)域，現(xiàn)代空天用鋁材朝著高綜合性能、低密度、大規(guī)格、高均勻性和功構(gòu)一體化方向發(fā)展。針對(duì) 2XXX 系鋁合金，美國(guó)鋁業(yè)公司和法國(guó)鋁業(yè)公司開發(fā)了具有高強(qiáng)高損傷容限的 2026 和 2027 合金，其擠壓件（厚度為 12~82 mm）和板材（厚度為 12~55mm）比 2024 合金分別提高 20%~25% 和 10%。在 7XXX 系鋁合金方面，美國(guó)鋁業(yè)公司、法國(guó)鋁業(yè)公司以及德國(guó)愛勵(lì)鋁業(yè)公司開發(fā)了具有低淬火敏感性的高強(qiáng)韌鋁合金：7085、7140、 7081。在強(qiáng)鋁合金方面，法國(guó)鋁業(yè)公司開發(fā)了 7056-T79/T76 合金，已用于 A380 飛機(jī)翼壁板等。在 Al-Li 合金方面，俄羅斯開發(fā)了 1460 合金，美國(guó)開發(fā)了 Weldlite 系列合金和 2097、2197、2195 鋁鋰合金。美國(guó)肯聯(lián)鋁業(yè)公司開發(fā)了低密度、高韌性和高損傷容限性能的 2050 和 2198 合金（Al-Cu-LiMg-Ag）。2010 年，美國(guó)肯聯(lián)鋁業(yè)公司為 Al-Cu-Li 系合金注冊(cè)了 Airware 商標(biāo)。目前空天領(lǐng)域?qū)︿X合金材料的需求主要集中在高強(qiáng)度的 2XXX 和 7XXX 系合金，以及密度較低的鋁鋰合金。

（二）國(guó)內(nèi)鋁合金材料發(fā)展及研究現(xiàn)狀

“十三五”以來，我國(guó)鋁材生產(chǎn)能力和技術(shù)水平取得了巨大進(jìn)步 [1]，2019 年鋁材產(chǎn)量達(dá)到 5.252×107 t，居世界。我國(guó)自主研發(fā)了 LC4、 LC9、LY12、2A12、2A16、7A04、7B04、7A50、 7B50 等系列鋁合金 [6,7]，建立了第一代、第二代、第三代鋁合金材料加工技術(shù)體系。近年來，我國(guó)自行研制的新型高強(qiáng)韌鑄造鋁合金、第三代鋁鋰合金、高性能鋁合金型材的性能均達(dá)到國(guó)際水平。在《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》（GB/T 3190—2020）中，近 10 年我國(guó)共增加了 29 個(gè)國(guó)產(chǎn)鋁合金牌號(hào)。其中北京工業(yè)大學(xué)在國(guó)際上掌握了含鉺彌散強(qiáng)化鋁合金的制備和加工技術(shù)，研發(fā)的含鉺 5E83 鋁合金冷軋板、5E06 鋁合金熱軋板、熱擠壓壁板等 5 個(gè)合金牌號(hào)列入我國(guó)標(biāo)準(zhǔn) [8]，在國(guó)防及汽車等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用，部分品種替代了進(jìn)口產(chǎn)品。

針對(duì)高性能鋁合金型材的擠壓成形工藝與裝備，中車聯(lián)合高校開發(fā)出了鋁合金精煉、凈化、錠坯均勻化等技術(shù)，研制出了大型擠壓模具和設(shè)備，使鋁合金型材的開發(fā)周期縮短了 25%，成本降低 15%，成品率提高到 62%。東北大學(xué)和大連交通大學(xué)分別開發(fā)了液態(tài)金屬、半固態(tài)金屬與固態(tài)金屬的連續(xù)擠壓短流程加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，在該技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際或水平。山東南山鋁業(yè)股份有限公司順利進(jìn)入波音公司的全球供應(yīng)商名錄。中國(guó)忠旺控股有限公司先后收購了德國(guó)烏納鋁業(yè)股份有限公司和以澳大利亞為生產(chǎn)基地的全鋁游艇制造商 Silver Yachts Ltd. 的控股權(quán)。中鋁東北輕合金有限責(zé)任公司、西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、西北鋁業(yè)有限責(zé)任公司提供的由關(guān)鍵鋁合金材料制造的大批武器亮相、點(diǎn)兵沙場(chǎng)。此外，東北大學(xué)、上海交通大學(xué)、中鋁材料應(yīng)用研究院有限公司、吉林大學(xué)等在高強(qiáng)高導(dǎo)變形鋁合金、汽車用鋁合金和鑄造鋁合金方面達(dá)到國(guó)際或水平。目前，具有我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的部分鋁合金材料已經(jīng)應(yīng)用于汽車、船舶、空天等領(lǐng)域。

（三）我國(guó)鋁合金材料領(lǐng)域存在的問題

值得注意的是，雖然我國(guó)鋁合金材料在產(chǎn)業(yè)規(guī)模與技術(shù)水平上成績(jī)斐然，但是我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)體系建設(shè)起步晚、底子薄，追趕發(fā)達(dá)我國(guó)難度較大，相當(dāng)部分關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、核心零部件仍不能自給。我國(guó)在未來較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)都是關(guān)鍵基礎(chǔ)材料的需求大國(guó)，對(duì)此類材料數(shù)量和種類的需求將持續(xù)增加。而材料在產(chǎn)業(yè)體系中所占比例不高，原始創(chuàng)新偏少、基礎(chǔ)共性關(guān)鍵技術(shù)和精深加工技術(shù)研發(fā)不足。美國(guó)鋁業(yè)公司有 3 萬項(xiàng)專利，與之相對(duì)的是中國(guó)企業(yè)原創(chuàng)性專利少，幾百個(gè)常用牌號(hào)，中國(guó)自己研發(fā)的卻很少，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量的一致性、均勻性、穩(wěn)定性不高。大飛機(jī)用預(yù)拉伸厚板和蒙皮板、乘用車面板等質(zhì)量穩(wěn)定性有待提高，部分鋁板帶箔材等仍依賴進(jìn)口。此外，我國(guó)鋁合金材料產(chǎn)業(yè)粗放式發(fā)展的問題嚴(yán)重，產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長(zhǎng)雖快，但研制少，“產(chǎn)學(xué)研”一體化的技術(shù)創(chuàng)新力量薄弱，高校與企業(yè)之間無法發(fā)揮協(xié)同創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。所以，逐步推進(jìn)相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)向高質(zhì)量、高創(chuàng)新、發(fā)展重要。

在汽車領(lǐng)域，我國(guó)汽車用鋁合金板材仍面臨三大問題：①缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車用鋁合金，汽車用鋁未實(shí)現(xiàn)系列化，難以滿足汽車公司的個(gè)性化需求；②汽車板應(yīng)用技術(shù)研發(fā)平臺(tái)建設(shè)不足，在成形、異種材料連接、低成本與環(huán)保的零部件制造與表面處理方面都需加強(qiáng)研究；③需加強(qiáng)鋁合金型材在新能源汽車上的應(yīng)用，建立相應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，開發(fā)車身結(jié)構(gòu)、電驅(qū)系統(tǒng)、電池托盤、副車架、表面處理等相關(guān)產(chǎn)品。

在船舶領(lǐng)域，我國(guó)船舶用鋁合金仍存在兩方面的技術(shù)瓶頸：一是船舶用鋁合金的開發(fā)種類偏少，合金綜合性能、質(zhì)量穩(wěn)定性低于國(guó)外同牌號(hào)板材；二是鋁合金材料的船舶應(yīng)用技術(shù)，主要體現(xiàn)在焊接技術(shù)上。我國(guó)在攪拌摩擦焊和激光焊方面與國(guó)外仍有差距，限制了船舶用鋁合金的發(fā)展。

在空天領(lǐng)域，我國(guó)在空天鋁合金的研發(fā)和應(yīng)用方面與發(fā)達(dá)我國(guó)仍有明顯差距。我國(guó)對(duì)新合金的開發(fā)處于仿制階段，研制的合金品種較少；對(duì)合金化基礎(chǔ)理論研究較少。我國(guó)航空材料產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性、成本與進(jìn)口材料還存在一定差距。

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