金属材料的发展前景

发布 2019-06-05 21:27:00 阅读 6888

其它如铝合金添加剂、镁牺牲阳极和型材用镁合金等。镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一,广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐。目前,作为镁牺牲阳极的镁合金有3~4万吨/年的市场需求量,且每年以20%的速度增长。

镁合金型材、管材,以前主要用于航空航天等尖端或国防领域。近几年由于镁合金生产能力和技术水平的提高,其生产成本已下降到与铝合金相当的程度,极大地刺激了其在民用领域的应用,如用做自行车架、轮椅、**和医疗器械及健身器材。

二、钛及钛合金。

钛及钛合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优良特性。随着国民经济及国防工业的发展,钛日渐被人们普遍认识,广泛地应用于汽车、电子、化工、航空、航天、兵器等领域。

从2023年世界主要钛生产国的产量及所占比例来看,美国、独联体、日本占有重要地位。美国占28.3%,独联体占29.

7%,日本占25.3%,三地的合计产量占全球总产量的83%。

从钛的应用领域来看,以美国、日本为例,美国钛的最大应用领域是航空航天,占到总消费量的58.5%;日本则是火力、核电厂,及板式热交换器,两者合计占总消费量的41.9%。

从下表可以看出,与美国相比,日本在更多方面使用钛。在体育用品方面,除了在高尔夫球杆头上使用钛以外,还有短距离用跑鞋的销钉、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行车架、轮椅等等。美日两国在化学工业及油气田钻探装置上的用钛量都在增加。

在计算机磁盘(真空镀膜)、纤维纺织机的框架、餐具、帐篷用具、拐杖和照相机等方面都巧妙地使用钛。

三、铝及铝合金。

铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、**低廉等优点,已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门,是轻合金中应用最广、用量最多的合金。随着电力工业的发展和冶炼技术的突破,其性价比大为提高,目前交通运输业已成为铝合金材料的第一大用户。

在世界范围内,交通运输业已成了铝材的第一大用户,2023年交通运输业消耗铝占全世界原铝产量的27.6%,有些国家达30%以上。随着交通运输业现代化进程的加快,铝及铝合金材料在航空航天和汽车三大领域的应用日益增加。

1、铝合金材料在航空航天中的应用。

铝合金是亚音速飞机的主要用材,目前民用飞机结构上的用量为70%~80%,其中仅铝合金铆钉一项每架飞机就有40~150万个;据波音飞机公司的统计,制造各类民用飞机31.6万架,共用铝材7100千吨,平均每架用铝22吨。铝制零部件在先进军用飞机中的比例虽低一些,但仍占其自身总质量的40%~60%。

据**,2023年全球航空航天铝材的消费量可达60万吨,年平均增长率约为4.5%。

航空航天铝材的**比普通民用铝材的**高得多,为后者的18倍左右,是一个非常重要的市场,而其政治与军事意义则尤为重大。2023年美国航空航天铝材的**为33000~44100美元/吨,而普通民用铝材的**只不过2200~3500美元/吨。

美国是世界航空航天工业巨头,其用铝约占全球此领域用铝量的50%强,其他国家如法国、俄罗斯、中国、日本、巴西、加拿大、英国等的用量为50%弱。2023年,全世界航空航天用铝量约42万吨,其中美国的用量为21.4万吨。

美国铝业公司(alcoa)是世界航空航天铝材的主要**者,占全球总**量的35%以上,为了保持其在该领域的世界霸主地位,获得更大的利润,经过精心的全面的调查研究与策划后,于2023年提出了一个名为“20-20攻关计划(20-20initiative)”的计划。计划内容与目标包括:在20年时间内,开发一批新的高性能铝合金,改进铝制零部件的设计,采用高技术制造工艺,使铝制零部件的质量下降20%,使铝制零部件的制造成本与维护费用减少20%。

铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能,用其取代常规的铝合金可使构件质量减轻15%,刚度提高15%~20%,被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在航天领域,铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势。

国外**,含钪铝-镁合金及其它系列的铝合金有可能成为下一代飞机的重要结构材料。tial基合金的板材除了有望直接用作结构材料外,还可以用作超塑性成型的预成型材料,并用于制作近净成型航空、航天发动机的零部件及超高速飞行器的翼、壳体等。

2、铝合金在汽车中的应用。

铝及铝合金是最早用于汽车制造的轻质金属材料,也是工程材料中最经济实用、最有竞争力的汽车用轻金属材料,从生产成本、零件质量、材料利用率等方面看,具有多种优势。

汽车用铝合金材料的3/4为铸造铝合金,主要是发动机部件,传动系部件,底盘行走系零部件。变形铝合金主要用于热交换器系统,车身系部件。预计10年内95%的气缸盖和50%的轿车发动机气缸体将用铝合金制造,轻型货车目标分别达到60%和25%水平。

铝基复合材料在某些范围内替代铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料,用于汽车关键零件,特别是高速运动零件,对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等具有非常积极的作用,在汽车领域有着良好的应用前景。

泡沫铝材被认为是一种大有前途的未来汽车的良好材料。泡沫铝材在汽车制造中的应用多为三明治式的三夹板,即:芯层为泡沫铝或泡沫铝合金,上下层为铝板或其他金属薄板。

德国卡曼汽车公司用三明治式复合泡沫铝材制造的吉雅轻便轿车(ghiaroadster)的顶盖板的刚度,比原来的钢构件高7倍左右,而其质量却比钢件轻25%。据测算,汽车车身构件约有20%可用泡沫铝材制造,一辆中型轿车如采用泡沫铝材制造,某些零件可减重27.2kg左右,既可节约能源又可减轻对环境的污染。

采用泡沫铝材结构,可大大简化结构系统,零部件数至少可减少1/3。

根据国际铝业协会(iai)统计数字,1991-2023年铝及铝合金在汽车上的应用翻了一番,预计到2023年还将再翻一番。预计2023年美国汽车用铝及铝合金将超过130kg/辆,西欧将达到119kg/辆。

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