有色金屬我國有色金屬材料現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略的探討

1、有色金屬我國有色金屬材料現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略的探討摘要:在許多有色金屬工業(yè)廢物中含有大量的有用成分，如氧化鋁生產(chǎn)殘留物赤泥含有大量Al,Ti,Fe以及少量的Si,Ca等，而世界每年大約產(chǎn)生3000萬t赤泥，大部分作為填埋物而廢棄。因此，綜合利用有色金屬工業(yè)的廢氣、廢渣、廢液，不僅可以化廢為寶、節(jié)約資源，更重要的是能夠明顯降低環(huán)境污染。5 dv7 d& Z% w# z4 k% k8 v0 m+ r& c0 q# D l* R; n L3 H. c& R 關(guān)健詞:有色金屬,新材料,發(fā)展戰(zhàn)略 1 9 B , - d$ H! # u0 x& E$ b2 QH& c( k h. H( J5 j 材料是人類賴以

2、生存和發(fā)展、征服自然和改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類社會發(fā)展的先導。特別是現(xiàn)代高技術(shù)的發(fā)展，更是依賴于新材料技術(shù)的進步，如果沒有現(xiàn)代超級結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展，就沒有當今世界航空航天事業(yè)的輝煌燦爛;如果沒有半導體材料的出現(xiàn)，也就不可能有今天計算機技術(shù)日新月異的蓬勃發(fā)展。: K( F7 x- I: a8 b3 . o 有色金屬材料是最重要的一類材料，總計60多種。地殼中含量最高的鋁、鎂均為有色金屬。其它有色金屬還包括欽、銅、鉛、鋅、銻、錫、鎳、鎢、鑰等以及稀土元素。有色金屬材料涉及到結(jié)構(gòu)材料、功能材料、環(huán)境保護材料和生物醫(yī)用材料等，其應用幾乎涉及到國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的所有領(lǐng)域。有色金屬新材料是新材料的一個

3、極其重要的組成部分，其地位和作用十分突出。大力發(fā)展有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)，加速有色金屬新材料的研究和開發(fā)，對促進國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。* j, o+ k0 n. q l) L 我國有色金屬材料發(fā)展現(xiàn)狀# w% F/ L8 i5 K# _. J* N* 金屬工業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了比較完整的工業(yè)體系，建立了相當雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。特別是近10年來，成績顯著，舉世矚目，產(chǎn)量和規(guī)模發(fā)展迅速，躍居世界前列，產(chǎn)品規(guī)格進一步增多，除基本滿足國內(nèi)需求外，還實現(xiàn)了部分出口。如2002年，我國10種有色金屬產(chǎn)量首次突破1000萬t，達到1012萬t，成為世界有色金屬第一生產(chǎn)大國;其中鋁、

4、鎢、稀土、鉛、銻、鋅、鎂和錫等產(chǎn)量居世界第一位，稀土產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%以上，鎂產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的50%以上。另外我國還是世界有色金屬貿(mào)易大國之一，2002年我國有色企業(yè)實現(xiàn)銷售收人2690億元，實現(xiàn)利稅187億元，實現(xiàn)利潤80億元;出口量為205萬t,其中鉛、鋅、錫、銻、鎂出口量居世界第一，預計2003年我國有色金屬產(chǎn)量將達到1120萬t，實現(xiàn)利稅250億元，實現(xiàn)利潤150億元。0 - l# x- d4 P- O r8 s 1.1.2研究開發(fā)取得重大進展 x* x7 u6 e9 X3 X. B u 我國有色金屬材料經(jīng)過多年的發(fā)展，在高性能材料、新型材料加工技術(shù)等方面已取得了重大進展。鋁合

5、金新材料的性能大幅度提高，部分高強高韌鋁合金、鋁銼合金、噴射沉積快速凝固耐熱鋁合金的性能達到國際先進水平。從20世紀80年代開始，我國先后研究開發(fā)了2XXX系列和7XXX系列高強高韌抗應力腐蝕鋁合金，合金性能達到了美國相應標準的水平，并能提供小批量產(chǎn)品。研制的噴射沉積8009合金擠壓棒ab=395MPa,ao.:二320MPa,8=7.50o;8009/30oTiC擠壓棒。、=435MPa,ao.2=330MPa,8=7.0%oAl-Li合金被列為國家科技攻關(guān)項目，包括中強可焊和高強Al-Li合金。含S。鋁合金的研究也取得了進展，研制出Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金板材，其性能與俄羅斯的01

6、970合金性能相當。我國在近年已成功開發(fā)了高壓陽極電容器鋁箔，性能超過了日本同類產(chǎn)品，已能批量生產(chǎn)，并建成了大規(guī)模生產(chǎn)電子鋁箔的工藝技術(shù)體系。在這種形勢下，2002年從日本進口到我國的電容鋁箔的價格被迫從15-16萬元八降至6-7萬元八。高速列車和地鐵車輛用大型高性能鋁合金型材已研制成功，并投入大批量生產(chǎn)。鋁材制備技術(shù)也得到了迅速提升，鋁合金在多元外場作用瞬時連續(xù)大變形下，凝固組織控制技術(shù)取得突破;電解鋁大多采用200kA以上大型預焙電解技術(shù)，個別還采用了350kA大型預焙槽技術(shù);鋁錠綜合交流電耗平均水平由1978年的17146kWh下降到2002年的15362kWh/t，即每噸鋁節(jié)約用電17

7、84kW?h，按全國年產(chǎn)500萬t鋁計算，每年節(jié)約用電8.92X109kWh,我國是鎂資源豐富的國家，但對鎂合金材料的研究與應用還處于起步階段。到20世紀90年代，隨著國際鎂合金應用的擴大，鎂的價格上升，在全國范圍內(nèi)出現(xiàn)了硅熱法煉鎂熱潮，全國鎂產(chǎn)量由1990年的0.59萬t猛增至1999年的16萬t。雖然我國原鎂的產(chǎn)量和出口量劇增，但鎂合金材料深度加工制品的發(fā)展相對滯后。近幾年，國家將發(fā)展鎂合金材料列為重大科技攻關(guān)項目，鎂合金新材料的研究水平因而得到了明顯提高，開發(fā)了ZMl-VZM10等十幾個牌號的鎂合金。通過細化、凈化、微合金化等手段，使鑄造鎂合金的性能大幅度提高。鎂合金鑄件、壓鑄件已應用于

8、汽車和摩托車等領(lǐng)域。2001年我國生產(chǎn)鎂鑄件1040t，壓鑄件2120t。鎂合金制備技術(shù)得到了發(fā)展，現(xiàn)已裝備2000t的鎂合金壓鑄機，能生產(chǎn)出0.3mm厚的變形鎂合金薄板，并開發(fā)了鎂合金阻燃技術(shù)、鎂合金熔體環(huán)保型保護技術(shù)和鎂合金微弧氧化表面處理技術(shù)等先進制備技術(shù)。& M! ?% u7 t5 K 到目前為止，我國研制的鐵合金有近50種，已列人國家標準的欽及鐵合金牌號有40余種。20世紀80年代以來，我國欽合金開始進入由純仿制到獨立研究與仿制相結(jié)合的階段。經(jīng)過“八五”、“九五”攻關(guān)，我國已形成4大鐵合金系列:1)具有不同使用溫度的高溫鐵合金;2)具有不同抗拉強度與塑性、韌性匹配的結(jié)構(gòu)欽合金系列;3

9、)具有不同屈服強度的艦用欽合金，4)適用不同環(huán)境(介質(zhì))的耐蝕欽合金。我國鐵合金的研究水平大體與國外接近。在開發(fā)研究新材料的同時，我國也在鐵加工技術(shù)方面開展了大量的工作。在欽熔煉方面，我國廣泛采用兩次真空電弧熔煉，航空級鐵材采用三次熔煉，最大鑄錠為d800mmX2600mm(質(zhì)量為6t)。目前我國已具備了自行設(shè)計制造大型真空電弧爐的能力，并在試驗研究中采用冷壁銅增渦感應熔煉和懸浮熔煉，正計劃發(fā)展電子束冷床爐熔煉。我國開發(fā)的中強鐵合金TC4已應用于ilo,ill飛機和人造衛(wèi)星?！熬盼濉逼陂g開發(fā)的中強TA15欽合金將應用于ill飛機的承力件、飯金、型材、鑄件，TC18將用作ill系列飛機的承力構(gòu)件

10、，開發(fā)的TB8超高強欽合金將用作ill系列飛機后機身;“十五”期間開發(fā)的高強、高韌、損傷容限型TC21將應用于未來戰(zhàn)斗機的重要承力件和飯金。過去10年，我國在金屬間化合物材料研究方面取得了突破性進展，已應用于水輪機、航空發(fā)動機和汽車發(fā)動機等。研制出的Ti,Al合金棒材，其室溫延伸率達200-70o;TiAl合金棒材其室溫延伸率達5oaqKIc為34MPam/2，超塑性達到520%，并通過滲C表面處理，大大提高了合金的抗氧化性能，為TiAl合金的工程應用打下了良好基礎(chǔ)。我國新近研制開發(fā)的定向凝固Ni,Al基合金具有密度小、強度高、塑性好和高溫抗蠕變性能優(yōu)異等特性，是一種具有廣泛應用前景的高溫結(jié)構(gòu)

11、材料。該合金適合于在950-1100使用，可用作航空發(fā)動機的渦輪導向葉片材料，其工作溫度比K3鑄造高溫合金提高50-100，在1100的持久強度超過美國的EX-7合金，現(xiàn)已應用于生產(chǎn)航空發(fā)動機2級渦輪導向葉片。+ V$ H Q! D) Z# ? 1.2問題依然嚴皿，與先進國家的差距較大經(jīng)過50年的發(fā)展，我國有色金屬盡管在產(chǎn)量規(guī)模、研究開發(fā)、科研和工業(yè)體系以及人才培養(yǎng)等方面已取得了舉世矚目的成就，但在資源及資源利用、產(chǎn)品質(zhì)量及結(jié)構(gòu)、科研創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和環(huán)境保護等方面，問題依然嚴重，與發(fā)達國家存在較大差距。; vz4 A; ) h3 X% X- M/ r* k 1.2.1資源嚴重短缺9 G- A3

12、 q( : B+ W6 E0 Em 我國是有色金屬大國，但銅、鋁等有色金屬資源短缺。隨著大幅度的提高產(chǎn)量，原材料短缺的矛盾越來越突出。國內(nèi)多數(shù)有色金屬礦山的可采儲量急劇下降，資源接近枯竭。近年來，我國大量進口銅精礦和氧化鋁，導致全球原料緊張，價格上漲。3 T7 W$ W2 O, x/ F. g 1.2.2低效率、粗放型發(fā)展模式導致產(chǎn)品總體質(zhì)量不高，結(jié)構(gòu)不合理: p2 j# A* p$ A 我國有色金屬產(chǎn)業(yè)深、精加工技術(shù)落后，低檔次產(chǎn)品產(chǎn)量過大，高檔產(chǎn)品依賴進口，如2002年我國有色金屬出口58.51億美元，而進口達109.33億美元。具體表現(xiàn)在如下幾個方面。9 - G/ y H7 e* j+

13、c 1)鋁材建筑用型材產(chǎn)量過大，供過于求，附加值低，而高精度飲料罐板鋁材、高強高韌鋁合金等基本依賴進口。鋁合金飲料罐板已是發(fā)達國家鋁板行業(yè)的主導產(chǎn)品，技術(shù)難度不斷提高，罐板向越來越薄的方向發(fā)展。我國的飲料罐板在精度、制耳率控制等方面存在較大問題。目前我國飲料罐板絕大部分依賴進口，占整個進口鋁合金總量的近1鄺。高性能鋁合金，如高強高韌抗應力腐蝕鋁合金、鋁-銼合金、快速凝固粉末冶金鋁合金和含抗鋁合金是現(xiàn)代航空航天、汽車和武器系統(tǒng)的重要材料，而我國大多仍處于實驗室研究或小批量試制階段，不能進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。在合金品種牌號方面，我國與發(fā)達國家也存在較大差距。目前我國鋁合金只有143個牌號，而美國有

14、350個;我國熱處理態(tài)鋁合金只有75個品種，而美國有356個品種。8 4 S1 7 E+ C F9 ( . B3 2)銅材經(jīng)過40多年的建設(shè)，我國目前已具有260萬t/a的銅材生產(chǎn)能力，實際年生產(chǎn)銅材130-150萬t，基本能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)對銅材的需要。但在高性能銅合金新材料的研究開發(fā)能力和生產(chǎn)水平方面，我國與發(fā)達國家相比還存在很大差距，表現(xiàn)在產(chǎn)品性能、精度、表面質(zhì)量等達不到用戶要求，品種、規(guī)格、數(shù)量也不能滿足需要，所以每年需要進口大量高性能、高精度、高質(zhì)量銅材。如1998年我國共進口銅材54.6萬t，占當年我國銅材全年用量的43.2Yo。特別是引線框架材料，薄的水箱銅帶、寬幅帶材

15、、銅箔、空調(diào)管、冷凝管都需大量進口。l3 7 Y/ 4 V, 8 J 3)鎢、鉑材我國鎢、鋁等難熔金屬制品產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的1/3左右，但存在中低檔產(chǎn)品供大于求，產(chǎn)品積壓等問題，而技術(shù)含量高的產(chǎn)品，如性能可靠的抗震、抗下垂鎢絲，特種燈泡鎢絲，顯像管用鎢合金絲，高精度的鎢窄帶和鑰窄帶，超大規(guī)模集成電路亞微元件用超高純鎢、鋁材等又不能生產(chǎn)或產(chǎn)量很小，或質(zhì)量達不到要求;缺乏高檔管、棒、絲等深加工產(chǎn)品。我國每年出口低檔鎢制品1200-1500t，但同時又以出口價的5倍從國外引進高檔鎢制品。我國鎢、鑰制品行業(yè)的利潤也遠低于先進發(fā)達國家，如我國硬質(zhì)合金總產(chǎn)量為Sandvik公司的2.5倍，但總利潤僅為其

16、1/4,4 T9 v1 w: c6 h 4)半導體有色金屬材料國外IC生產(chǎn)線主流產(chǎn)品采用d8英寸硅晶片，并正在向d12英寸硅晶片過渡;GaAs單晶的研制水平為d(6-8)英寸，d4英寸和d6英寸Si-GaAs單晶已分別達到商品化和批量生產(chǎn);InP單晶實驗室已研制出d4英寸樣品，d3英寸晶片達商品化，d(2-3)英寸拋光片已達外延“開盒即用”。而在國內(nèi)，單晶硅已具備d8英寸小批量生產(chǎn)能力，但目前只能作陪片使用。實用化水平為d(4-6)英寸;GaAs單晶已研制出d4英寸Si-GaAs單晶樣品，實用化水平為d(2-3)英寸，拋光片達不到“開盒即用”;InP單晶已研制出d(2-3)英寸，實用化水平為d

17、2英寸拋光片，但未達到外延“開盒即用”的水平。 i: b- Y b F 1.2.3環(huán)境和資源負擔過重0 B2 s# S2 n C: T5 Z W; ) z: d 由于我國有色金屬行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，企業(yè)規(guī)模小，資金缺乏，特別是許多主管部門和企業(yè)缺乏環(huán)境和資源保護意識，造成我國環(huán)境和資源負擔過重。一方面，對有限資源實行破壞性開采，加速我國資源枯竭的速度;另一方面，生產(chǎn)工藝落后。* : w: _8 k) ) H/ G2 n 2我國有色金屬材料發(fā)展戰(zhàn)略2 fB2 x0 k. M+ $ h! 3 L 2.1總體思路( i9 Z7 K- K) n& E0 m% z X 1)加強技術(shù)創(chuàng)新、提升產(chǎn)業(yè)水平;2)突出重點、有限目標;3)實施精品戰(zhàn)略，發(fā)展高附加值產(chǎn)品;4)新材料與基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)并重;5)發(fā)揮資源優(yōu)勢，重視環(huán)境保護。4 : p# n) z+ R- W9 I3 m 2.2具體目標 f3 d) e V0 l2 o8 |! v7 x7 v- + _# . r& f9 f g6 2.2.1發(fā)展鋁合金材料仍是今后的重點鋁合金在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域及國防建設(shè)中占有很大的比重。由于鋁合金具有密度低、強度高、耐腐蝕、導電導熱