研究系統
輕質合金材料制備及成形聯合研發中心

   依托先進結構材料與大型成形制造研究中心,聯合山東南山鋁業股份有限公司共同建設。將緊跟國際先進產業發展熱點,瞄準國際鋁合金新材料技術發展前沿,開展高性能鋁合金熔鑄、軋制、擠壓、鍛壓及測試評價等共性關鍵技術研究,為航天、軌道交通、新能源汽車等戰略性新興產業的發展提供關鍵基礎材料支撐。重點發展高潔凈大尺寸鋁合金熔鑄技術及產品、特種型材鋁合金軋制技術、大型復雜截面鋁合金擠壓技術、大型精密復雜模鍛件技術等先進結構材料及其加工技術,解決國內高強鋁合金型材產品長期依賴國外進口的局面,填補在該領域的技術空白。集中力量解決我國大尺寸鑄錠制備技術及裝備對航空高性能合金材料的“卡脖子”問題。

   具體聯合研發內容包括:

 (1)高潔凈大尺寸鋁合金熔鑄技術及產品

   高潔凈度熔體大尺寸鑄錠主要用于航空等超高強耐腐蝕鋁合金材料制備,雖然我國鋁產業的規模龐大,原鋁產量多年來連續位居世界第一位,但在高端鋁合金方面,對外依賴度高達90%,基本被美國鋁業公司、加拿大鋁業公司、德國克魯斯鋁業公司和日本輕金屬公司所壟斷。大規格超高強耐腐蝕鋁合金鑄錠的研制將為我國航空航天及軌道交通關鍵結構件的國產化生產提供保障。

   將聯合上海交通大學等國內優勢高校,開發大規格鑄錠增材鑄造工藝及產品,解決我國大尺寸鑄錠制備技術及裝備對航空高性能鋁合金材料的“卡脖子”問題。

 (2)特種型材鋁合金軋制技術

   ①航空鋁合金板材軋制技術

   航空鋁合金板材分厚板及薄板兩類產品。

   航空鋁合金厚板:目前我國大飛機用材中,國產鋁合金材料總體只用到了5~6%,中厚板基本上依靠進口。同時,由于國際上能夠生產該類產品的廠家也很少,國際市場的需求量很大,在世界范圍內也處于緊缺狀態,目前只有美鋁、凱撒等少數國際知名企業掌握。將開發7075/7050/7085等飛機關鍵部件用鋁合金材料,研究中厚板熱軋及熱處理的雙級均勻化和固溶制度、回歸時效、淬透性、預拉伸與殘余應力等。掌握各目標合金厚板的加工特性代替了傳統的中厚板鋁加工技術,填補了國內空白。

   航空鋁合金薄板:薄板具有密度低、比強度高、耐腐蝕強、易導熱導電等一系列優點,是新一代飛機蒙皮材料的首選,已成功應用于波音777、A380等民用飛機和C-17、F-35等軍用飛機的機身蒙皮、機翼下壁板、機身框架與隔框等結構,中國自行設計制造的新型渦扇支線客機 ARJ21 的機身蒙皮、機翼下壁板、機身框架和隔框也采用了鋁合金,目前大部分產品依賴進口。將集中攻關2xxx、7xxx鋁合金薄板制造技術,打破國外公司壟斷,保障我國大飛機項目的順利實施。

   ②汽車用鋁合金板材軋制技術

   鋁合金汽車板作內板和外板,由于應用的部件不同,目前國際上汽車鋁板的主要供應商包括:諾貝里斯、奧科寧克、愛勵、海德魯、神戶制鋼、UACJ等,他們分別都具有各自的汽車板產品制備技術和系列產品。國內汽車鋁板除南山之外還沒有成熟的供應商,均處于產品研發階段,并未獲得知名主機廠的認證。

   將聯合同濟大學研發6xxx、7xxx鋁合金外板成形技術,保持汽車板產品在國內的領先優勢,率先通過寶馬、通用、一汽大眾、菲亞特、克萊斯勒、日產、廣汽新能源等主機廠認證,趕超國際上的主要競爭對手,擴大市場份額。

   ③高性能新型鋁合金箔材

   鋰離子電池用正極集電體鋁箔(以下簡稱:電池箔)是日、韓、美、歐等國家和地區率先開展研發和生產的,用于消費級鋰電池和動力級鋰電池。2015年,已研制成功12μm厚度,抗拉強度和伸長率也分別230MPa、3%的產品,該產品目前仍然是國內唯一可以量產的超薄電池箔。隨著國家對電池能量密度要求的政策提升, 10μm厚度成為國內的需求方向。

   將重點將通過研究合金成分設計、設計新的鋁箔軋制工藝、提高電池表面潤濕張力,率先在國內開發10μm高能量密度的鋰離子電池用鋁箔,以滿足國內外鋰電池客戶對超薄電池箔的市場需求。

 (3)大型復雜截面鋁合金擠壓技術

   ①超長中強高韌高損傷容限航空擠壓型材

   商業飛機正向著更大、更快、壽命更長的方向發展,市場激烈的競爭使飛機制造商不得不對飛機結構件的設計和材料性能提出更高的要求,飛機的設計思想已從最初的靜強度設計發展到安全壽命設計、安全壽命/破損安全設計、安全壽命/損傷容限設計和耐久性/損傷容限設計。機結構設計思想的不斷發展對結構材料的要求也從最初的單純追求高強度發展到高強、高韌,再到現在的高強、高韌、高耐蝕、抗疲勞等高綜合性能。

   將開展以成為飛機合格供應商名錄要求的航空飛機長桁用原材料研發,解決國內高強鋁合金型材產品長期依賴國外進口的局面,填補在該領域的技術空白。

   ②高速軌道交通車體型材

   高速列車車體結構用鋁型材因其復雜的生產加工工藝和特殊的運行環境,對鋁型材外形尺寸、組織、拉伸性能、疲勞性能、耐蝕性可焊性等提出了較高的要求,以及型材的大型化、整體化、薄壁化、高精度化、復雜化水平和高強可焊性發展要求,使高速列車用鋁型材成為國內外研究的熱點。

   將通過研究分析合金成分、擠壓、模具設計和熱處理工藝對鋁合金影響,有效地促進鋁加工產業和新型材料產業的發展,極大提升我國軌道交通車體結構用鋁型材生產技術的整體競爭力。

 (4)大型精密復雜模鍛件技術

   ①航空用關鍵結構鍛件

   美國相繼開發出了7075、7150、7055合金,7055-T77合金專利熱處理工藝用于波音777的上翼蒙皮、機翼桁條和龍骨梁等高強結構件,質量減輕達466kg;近年,Alcoa公司研制出了具有高強、高淬透性的7085鋁合金。7085鋁合金是美國鋁業公司最近開發出的一種新型超高強鋁合金,主要用作鍛件。

   將致力于飛機起落架接頭、側撐桿、機輪及前后窗框研發,研究7xxx超高強鋁合金的鍛造成型工藝,開發滿足賽峰、中商飛等航空企業的鍛造產品。

   ②鈦合金等發動機核心零部件

   航空航天目前乃至今后仍然是鈦合金研究和應用占主導地位的領域,而且是用鈦大戶。鈦合金作為當代先進飛機和航空發動機的主要結構材料之一,主要用于飛機的起落架部件,機身的蒙皮、桁條、框、隔熱罩和殼體等,同時也用于發動機的壓氣機盤、葉片、鼓筒、高壓壓氣機轉子、壓氣機機匣、罩、軸類等,且使用量不斷增加。美國等世界發達國家的航空用鈦量占鈦產量的50% 以上,歐洲國家的鈦產品也主要用于飛機和航空發動機。在國內僅有少數國企具備鈦合金鍛造經驗,在工藝裝備、模具設計與制造、產品與規模、生產效率和批量化生產等方面與國外先進水平存在較大差距。

   將通過對鍛造工藝方案及技術參數的摸索優化,完善生產制造管控流程,達到國內外領先的高溫合金盤、鈦合金盤鍛造技術水平。


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