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合金元素添加技术发展现状
发布时间:2021-11-08  浏览次数:23

2021年11月8日 来源:中国有色网

目前我国主流合金元素添加技术包括中间合金形式添加与合金元素添加剂形式添加。中间合金加入技术在20世纪50-60年代中后期开始在我国运用。从社会效益和材料性能指标方面看,中间合金加入技术属于重复生产环节,即中间合金与最终合金材料的制造工艺高度重合,只是中间合金产品中所含添加元素的比例更高。中间合金的制造需要将热熔温度提升至高熔点金属熔化温度才能完成生产,在造成较高的能耗和原料消耗的同时,也相应导致对空气的污染及碳排放的增加。且中间合金本身作为高温熔化的产物,制造过程中的低熔点金属易烧损产生杂质,导致最终合金材料纯净度的下降,影响材料的最终性能。目前我国中间合金形式的合金元素添加方式已逐步被淘汰,现阶段中间合金类产品多用于规模较小,技术不够先进的铝合金工厂以及合金元素添加剂无法攻克的种类。

随着我国在材料领域研究的不断深入、国外先进有色金属制备工艺和设备流入我国,我国材料事业有了一定进步。进入21世纪后,我国制造业迈入高速发展的快车道,为保障我国基础材料事业的稳步发展进而为制造业转型升级铺平道路,国家陆续出台相关政策推动新材料领域取得技术突破,下游合金市场不断提高的应用需求也在反向推动我国金属功能材料技术的发展。因此,在中间合金添加形式弊端渐显的形势下,合金元素添加剂加入技术在20世纪90年代中期在我国开始试验,2000年前后开始陆续试用。相较于中间合金熔炼、电磁感应炉的生产方式,合金元素添加剂在制备环节无高温熔炼流程,是纯物理和化学工艺,生产环境相对绿色环保。相较于中间合金20%以下甚至更低的合金元素占比,合金元素添加剂中合金元素占比普遍可达75%以上(部分企业合金元素添加剂产品可到95%甚至更高),杂质含量和熔化温度更低,且收得率更高。合金元素添加剂技术较中间合金技术在提升制造效率、减少材料烧损、提高合金材料性能等各项指标方面具有明显优势。

随着高端制造对合金材料性能要求的提升,以及新材料技术本身的不断进步,下游航空航天、军工、船舶、轨道交通、汽车等领域对铝合金、合金钢、镁合金、钛合金等合金材料的纯净度、金属耐疲劳度、各组分在合金化后的均匀分布等指标的要求越来越高,合金元素添加技术在由中间合金形式过渡到合金元素添加剂形式后,又有如下发展趋势:①相较于中间合金添加技术,合金元素添加技术在制备效率、应用效果、环保节能等方面优势显著,合金元素添加剂技术有全面替代中间合金添加技术的趋势;②合金元素添加剂产品和技术更加趋于成熟,逐步由较低浓度合金元素添加剂向新一代高浓度合金元素添加剂转变,如市场上从2000年左右的Fe75、Mn75、Si50、Ti75等,到2010年的Fe85、Mn85、Cr80等,近期部分优势企业推出了浓度更高的合金元素添加剂,如Fe97、Mn93等;③部分低熔点基体金属在与高温熔点合金元素在高温下进行熔化时会产生大量氧化物、氮化物、氢化物,降低了合金的纯净度,将导致金属疲劳,为保证合金元素在合金化后均匀分布、提高材料的性能,并达到节能环保的目的,实现更短时间、更低温度的合金元素熔化成为提升合金品质的关键要素;④随着合金材料应用领域的不断拓展,对合金特殊性能的要求更加多样,使得单一型合金元素添加剂无法满足合金材料性能的全部要求,复合型合金元素添加剂发展也成为市场重点研究方向。

相较于传统中间合金添加技术,通过理化工艺制备的合金元素添加剂在其生产与应用环节更为节能环保,通过降低熔化温度、减少熔化时间等手段进一步控制溶体杂质含量,进而提高合金最终品质性能,对我国合金加工等有色金属制造业的发展推动作用明显。制造业是节能减碳的主阵地,做好减碳转型是我国绿色低碳战略稳步推进的必然要求。但在推动制造强国战略的大背景下,要做到节能减排与产业高质量发展的协调发展是一件极富挑战性的任务,以高浓度合金元素 添加剂为代表的“绿色且高效”的新一代合金元素添加剂在进一步提高合金材料质量性能、保证下游合金制造业高质量发展的同时,做到工艺端更绿色、应用端更节能,有效减少合金冶炼过程中的碳排放与材料损耗,是金属功能材料、合金材料低碳绿色与高质量协调发展的有效解决方案。随着我国“双碳”行动战略和制造强国战略的持续推进,高浓度合金元素添加剂或将迎来更大的发展机遇。