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铝在高新技术产业的应用

中国产业竞争情报网  2011-06-27  浏览:


  无论是高新科技领域,还是日常生活,铝都承担着多种多样的角色,且具有巨大的应用潜力;特别是新型纳米复合铝材,潜在市场包括宇宙气船、运载火箭和地面运输系统。


  铝是年轻的金属材料,生活应用才百年有余。铝有自然抗腐蚀性好,应用损耗小,回收再生性好等诸多优点,使其很快跃升为人类应用中仅次于钢铁的第二大金属材料,也被誉为“绿色金属”,“希望金属”。在涉及交通运输、航天航空和太阳能新型领域方面,铝的应用潜力巨大。


  汽车增速传动装置


  运输业是铝最大的单一用户,其中汽车工业占有很大的份额,特别是通过用铝减轻车身重量后,提高了燃料的利用效率,激励了汽车工业的发展。目前,多家公司都在持续开发用于汽车工业的特殊铝产品。


  力拓集团公司(Rio Tinto)拥有的加铝工程产品公司分公司--加铝特制板材公司,与几个厂家密切合作,开发汽车车体用"白板材"新产品,这些产品不仅可满足现有用户的技术要求,而且能满足未来新一代铝制高强度车辆的新要求。


  开发的新产品包括:可满足车体质量要求的SurfalexTM系列,高模锻性的FormalexTM系列、StrangalexTM系列,SecuralexTM系列和CoralexTM系列。加铝特制板材公司销售和市场部经理ThierryMootz说,作为汽车车体板产业的领先者,我们想开发成套的产品,以提供特定要求的解决方案。通过使用新的和可辨认的商标,强调其产品之间的差异性和创造出一个牢固的汽车车体产品品牌。多种商标的产品考虑到用户的要求,如模锻性、强度和加工处理等。


  所有产品均在公司位于法国Voreppe地区研发工厂进行,最少的研发时间不少于两年。2010年初,加铝工程产品公司向其他公司开放了Voreppe研究中心,并可共同使用。其他公司可以利用中心的大量资源和设备,开发他们自己的特殊铝基材料。公司解释,上述活动的开展,将激励公司为现有用户和新用户提供更加整体性的和更富革新精神的解决方案。


  与此同时,海德鲁公司也开发出了用于汽车悬挂部件(如门和车罩)的改进型合金。公司说,由于铝具有重量轻,使用时仅需与其他材料进行有限的链接作业,因此铝是制造上述部件的合理选择。铝已在这些领域占有很大的市场份额。


  基于AA6016最初开发出的专用6XXX合金系列综合了合金的一些优良性能,如极佳的表面光洁度、抗腐蚀性能和对制造工艺的适应性等。但是,其模锻性一般低于普通的碳钢。由于这个原因,汽车内部一些看不见的部件采用模锻性更好的5XXX系列合金,汽车外部看得见的部件一般也使用6XXX系列合金来制造。


  海德鲁公司现已新研制出了6/30+系列合金,该系列合金有着6XXX合金的优良模锻性:在T4条件下所有方向的破裂值提高了30%或更多,而用作汽车板材的6XXX的正常破裂值为24%。海德鲁公司的报告中称,该系列合金的组成在AA6016的规程之内,保持有AA6016合金的焙烧-硬化性质。因此,同样具有使用率高的优势。


  轻型装甲


  当考虑军用装甲时,人们想起的首选材料可能不是铝,但通过实际应用,显示出铝在该领域的通用性。Alcoa公司研制出在战斗环境下能保护士兵的改进型铝合金C79A;公司表示,C79A合金允许原设备制造商(OEM)没能兼顾车辆长期使用性能的折中方案下,在装配时使用传统的焊接工艺。因此,C79A合金是一种兼顾装饰和使用集成的装甲车理想材料。


  与标准铝合金制造的装甲车(如6061-T651)相比,采用C79A合金提高了装甲车的撞击性能,强度提高了30%;能在降低装甲车重量的条件下,提高装甲车使用寿命。与5083-H133合金相比,C79A合金能使碎片模拟抛射(FSP)性能提高10%。


  C79A合金用于制造轻-重负荷的作战装甲车,如高机动、多用途的轮式车辆(HWMWV),重型扩张式机动战术载重车(HEMTT)和抗地雷、防伏击车辆(MRAP)。C79A合金是由Alcoa公司位于艾奥瓦州的达文波特轧制厂研制生产的。


  大容量集装箱衬里


  德国Dirnhofer公司研制出了新型可移动的大容量集装箱CD69。集装箱的整个衬是铝制的。CD69能取代传统的简仓式拖车和大容量集装箱,可作竖式筒仓用,它已得到许可,用于水路、铁路和道路三种方式的货物运输集装箱。


  位于德国的海德鲁公司提供了用作衬里的5083铝合金板,规格是厚4毫米、宽200毫米。CD69可用作货盘或装运货物,虽然它的装货量可达30吨,但增加的整个铝衬里重量仅为600公斤。


  CD69有两个突出的特点:首先,它可倾斜60°或90°,这样就简化了装载和卸载货物的控制系统;此外,由于与承载物接触的所有部件均是铝制的,故能完全阻挡危险货物和无污染的粉状物料。


  据称,该集装箱还有更多的用途。在大容量货物装运上,其成本更低。仅在德国,每年就要运输30多亿吨货物,其中许多货物是使用这种集装箱装运的。这是一个低成本有潜力的巨大市场,因为许多货物目前仍以简仓或用传统衬里的集装箱来运输;而它们不易操作,并且货物有较高的被污染风险。据有关消息,CD69价格可能比传统货物挂车更低。


  复合材料


  在复合材料制造中,通过金属与陶瓷的结合,有可能制造出综合性能极佳的材料,以满足市场的诸多需求。铝是几种商用复合材料的一种组分,使用范围仍在不断扩大。


  英国Farnborough航空和航天金属复合材料公司用粉末冶金工艺生产出多种复合材料,据说,研发的Xfine合金是一种具有稳定性高、重量轻和各向同性结构的纳米复合铝材料。该类铝基合金靠加入15%-25%纳米级的碳化硅微粒来增加的硬度。


  在具有和铝一样低密度特性的同时,Xfine复合材料具有强度高(UTS703MPa),其比常规的荃质合金约高50%;且接近钛的强度,而刚性比钛好,具有突出的抗疲劳性能。


  Farnborough公司说,Xfine材料的主要优点之一,就是能用常规的钢或碳化物刀具进行机械加工,而不必用金刚石刀具。这样就可使用高速机加工工艺,制成精细成品和公差符合大多数工程要求的组件。Xfine材料的其他优点包括:不侵蚀,具有突出耐磨性的低摩擦表面,高的热稳定性,暴露在热环境中还可保持良好的强度。


  由于采用粉末冶金方法进行生产,故可制造出非常接近实际形状的产品,如生产出废弃量最小的精密锻件。有各种形式的Xfine材料可供出售,包括铸件、坯锻、挤压材和机加工零件。坯段重量可达150千克,直径可达710毫米。


  另外,正在开发的工艺技术,导致轻金属有更广泛应用。美国俄亥俄州的Powdermet公司报道,它已开发出了具有"突破性创新"的粉末冶金工艺,生产具有稳定纳米晶粒结构的铝复合材料。这些材料比现有的铝合金更轻,强度更高,硬度更大。小规模轧制产品的试验表明,其强度和硬度与Cr-Mn钢相当。


  在运输行业中,这些产品在降低重量和改善性能方面有着巨大的潜力。因此,Powdermet公司已与美国军队研究实验室签订了多项开发合同,目的是进一步开发和规模化生产强度高于500MPa和硬度大于400VHN、且延展性为8%或更高的铝轧制产品。


  这些合同给军队带来的预期好处是,改进装甲材料,以弥补钢和钛在成本、重量和性能之间的差距。其潜在市场包括宇宙气船、运载火箭和地面运输系统。


  耐腐蚀铸件


  铝铸件是道路车辆极其重要的部件,但为了在此市场上生存,它必需耐盐的腐蚀,且要耐温、耐振动、耐冲击。美国密歇根州的Delphi公司于2003年研制出了K-合金,并已申请了专利。它是一种特别耐腐蚀的压铸铝合金,其现在的新牌号为K-Alloy SP。


  这些耐腐蚀合金在最终的铸造过程中,如阳极氧化、铬酸盐处理、粉末涂层或涂染工序中,不需要增加额外的工序,而且,表面的任何损坏都不会影响其耐腐蚀性能。因此,它可用作涂层产品。Delphi公司称,该合金还提高了热散逸性能,导热性能比380压铸合金要好15%。


  Delphi公司的K-Alloy SP合金适用于砂型铸造和永久型铸造,它具有K-Alloy合金的所有优点。现在,它的市场已扩展到采用铸造工艺的产业。这一独创的合金除用于制造汽车部件外,还应用于许多其他市场,如运动物品、户外照明设备、邮件箱和家器具制造业。K-Alloy SP合金已通过经受3000小时的喷盐试验,试验未发现金属损失和表面损坏。其他铝合金为达到这一标准,需要增加额外的工序或涂层。


  Delphi公司已许可俄亥俄州的Beck铝公司和加利福尼亚州的Custom Alloy轻金属公司生产和销售二类K-Alloy合金,同时,还和中国冶炼厂签订了买卖协议,扩展了其在全球的使用范围。


  太阳能收集系统的反射镜


  铝正在获得未来可持续增长的高新产业领域的应用,如太阳能工业,许多太阳能收集器系统都使用具有纳米颗粒溶胶-凝胶防护的铝镜,以利用铝反射性能好和可模锻性强的特性。


  Alcan特种板材公司最近宣布,开发出了能自我除尘的太阳能电池板(Solar Sarface. Selfclean),并装备到已经验证并确定使用的太阳能反射产品中。该产品有两种类型:具有光催化作用和亲水表面的SelfcleanPC系列,具有超疏水表面的SelfeleaneZ系列。


  公司技术和创新部经理Philippe Lequeu说,Alcan特种板材公司的新Selfelean涂料包括活性纳米颗粒和硅熔化合物,增加了额外的性能与功能,即灰尘和污染物与太阳镜表面接触时通过化学反应离解。因此,可确保太阳镜保持清洁而有效。


  Alcan特种板材公司透露,现在公司覆盖了太阳能应用市场的绝大部分,包括吸收器的衬底和反射器材料。