La capacità produttiva e la produzione dell'industria cinese della lavorazione dell'alluminio si sono sviluppate in settori in rapida crescita, tra cui lamiere, nastri, fogli di alluminio ordinario per uso civile, profili di alluminio per l'edilizia e il trasporto ferroviario, materiali per l'inscatolamento e substrati di lastre di alluminio per la stampa. La parte incrementale è composta principalmente da imprese private. La Cina è un paese importante nel settore della lavorazione dell’alluminio.
Negli ultimi anni, lo sviluppo dei materiali in alluminio e leghe di alluminio si è concentrato principalmente in due direzioni: (1) sviluppo di nuovi materiali in lega di alluminio ad alta resistenza e tenacità per soddisfare le esigenze di campi speciali come quello aerospaziale, dei trasporti e delle strutture militari; (2) Sviluppare leghe di alluminio civile con proprietà e funzioni diverse per soddisfare nuovi materiali per condizioni e applicazioni diverse. L'ampia applicazione delle leghe di alluminio ha promosso lo sviluppo della tecnologia di lavorazione e preparazione delle leghe di alluminio, ma con il continuo miglioramento dei requisiti prestazionali per i prodotti in lega di alluminio, sono stati avanzati anche nuovi requisiti per la tecnologia di lavorazione delle leghe di alluminio. Valorizzare e rafforzare la ricerca sulle caratteristiche di base delle leghe di alluminio e la costruzione di teorie sistematiche, migliorando ulteriormente la comprensione delle caratteristiche di lavorazione delle leghe di alluminio, è l'unico modo per raggiungere l'innovazione tecnologica nella lavorazione delle leghe di alluminio.
1. Ricerca sulle caratteristiche fondamentali dei materiali in lega di alluminio
Uno studio sistematico e approfondito delle caratteristiche fondamentali delle leghe di alluminio è la base per l'innovazione nella tecnologia di lavorazione delle leghe di alluminio. Sulla base della teoria esistente della lavorazione della lega di alluminio, vengono utilizzati strumenti e attrezzature eccellenti come computer e telecamere ad alta definizione ad alta velocità per studiare il comportamento del trasferimento di calore e massa del processo di solidificazione della fusione della lega di alluminio, la legge di evoluzione del solido della lega di alluminio fase di deformazione e precipitazione durante il processo di trattamento termico e relazione costitutiva tra le prestazioni globali dell'interfaccia microstruttura multifase. Viene formato un sistema teorico autonomo e sistematico della tecnologia di lavorazione delle leghe di alluminio. Allo stesso tempo, combinando le attuali apparecchiature per la lavorazione delle leghe di alluminio e la tecnologia di preparazione della produzione per guidare e ottimizzare l'attuale tecnologia di produzione e lavorazione delle leghe di alluminio, al fine di ottenere innovazione nella tecnologia e nei materiali di lavorazione dell'alluminio.
(1) Ricerca sulle caratteristiche di base della fusione e della colata delle leghe di alluminio. Studiare la distribuzione del campo termico durante il processo di solidificazione di diversi tipi di fusioni di alluminio con diverse velocità di raffreddamento e la forma iniziale del fronte di solidificazione del fuso, esplorare la legge di evoluzione della sua forma durante l'avanzamento del fronte di solidificazione e l'influenza legge sul campo di sollecitazione termica interna della billetta; Studiare la ridistribuzione dei soluti durante il processo di solidificazione, comprendere i tipi, i meccanismi termodinamici e cinetici di formazione e crescita dei precipitati di solidificazione primaria, nonché i modelli di distribuzione dei diversi tipi di precipitati di solidificazione primaria e i meccanismi di formazione di vari difetti durante la solidificazione processo.
(2) Ricerca sulle caratteristiche fondamentali della deformazione plastica della lega di alluminio. Studiare il meccanismo di influenza della forza di deformazione esterna sulla frammentazione dei precipitati di solidificazione primaria di diverse dimensioni/tipologie; Studiare la relazione intrinseca tra deformazione esterna, forza di deformazione, velocità di deformazione, deformazione variabile, distribuzione della temperatura, resistenza alla deformazione, limite di fessurazione del materiale, tensione interna residua; Studiare le tipologie di precipitati deformativi, i meccanismi termodinamici e cinetici della loro formazione e crescita.
(3) Ricerca sulle caratteristiche di base del trattamento termico delle leghe di alluminio. Studiare i meccanismi termodinamici e cinetici della dissoluzione di diversi tipi di precipitati di solidificazione primaria/precipitati di deformazione durante il trattamento termico in soluzione solida delle leghe di alluminio; Studiare il meccanismo di trasferimento del calore e la legge di variazione delle tensioni interne residue della lega di alluminio durante il trattamento di tempra rapida; Durante il processo di trattamento termico di invecchiamento, esplorare i meccanismi termodinamici e cinetici della formazione e della crescita di diversi tipi di fasi di precipitazione e cogliere i modelli di distribuzione dei diversi tipi di fasi di precipitazione; Studiare il meccanismo di interazione tra diversi tipi/dimensioni di fasi precipitate e le interfacce con difetti puntuali/lineari, l'influenza della spaziatura delle particelle e dei confini dei grani di diversi tipi/dimensioni di fasi precipitate sul movimento dei difetti lineari e l'inizio e la propagazione delle cricche ; Condurre ricerche approfondite sull'influenza dei tipi/dimensioni/distribuzioni delle fasi di precipitazione sulle proprietà meccaniche statiche/dinamiche e sulla resistenza alla corrosione dei materiali, nonché sulla relazione corrispondente tra le proprietà meccaniche statiche/dinamiche dei materiali e la loro resistenza alle alte- danni da impatto di velocità.
2. Ricerca e proposta sui materiali in lega di alluminio civile
I materiali in lega di alluminio sono stati ampiamente utilizzati nei settori dell’aviazione civile, dei trasporti, dell’elettronica 3C, delle nuove energie, dello sport e dell’edilizia. La feroce competizione di mercato ha promosso il miglioramento dei requisiti di qualità e prestazione per i prodotti civili in lega di alluminio. Pertanto, solo esplorando ulteriormente il potenziale delle leghe di alluminio, ricercando e sviluppando eccellenti materiali in lega di alluminio civile e tecnologie di lavorazione, potremo soddisfare meglio la domanda del mercato.
2.1. Lega di alluminio ad alte prestazioni per l'aviazione civile
(1) Tecnologia di preparazione ingegneristica per nuovi materiali in lega di alluminio con terre rare ad alte prestazioni per l'aviazione civile. Condurre una ricerca di base approfondita sull'applicazione degli elementi delle terre rare nelle leghe di alluminio delle terre rare ad alte prestazioni per l'aviazione civile, rivelare il meccanismo di influenza degli elementi delle terre rare nelle leghe di alluminio, studiare sistematicamente la legge di evoluzione della microstruttura in condizioni termomeccaniche e il relazione con le prestazioni e forma un sistema teorico di base per la progettazione della composizione, la preparazione e la lavorazione delle leghe di alluminio delle terre rare ad alte prestazioni; Verranno condotte ulteriori ricerche sulla preparazione ingegneristica e sull'applicazione di nuovi materiali in lega di alluminio delle terre rare ad alte prestazioni, formando un set completo di processi di produzione e tecnologie applicative per nuovi materiali di deformazione in lega di alluminio delle terre rare ad alte prestazioni, con capacità di produzione in lotti stabile, realizzare l'installazione e l'applicazione sugli aerei dell'aviazione civile e soddisfare le esigenze di produzione in lotti degli aerei dell'aviazione civile.
(2) Nuova lega di alluminio ad alta resistenza, resistente alla corrosione e resistente al calore. Tecnologie chiave rivoluzionarie come la progettazione della composizione e la corretta tecnologia di controllo per leghe di alluminio ad alta resistenza e resistenti al calore, tecnologia di controllo della fusione e della formatura per leghe resistenti al calore ad alto contenuto di lega, tecnologia di trattamento di omogeneizzazione multistadio e resistenza termica con stabilità alle alte temperature struttura di fase e tecnologia di controllo delle prestazioni per terre rare Sc, Er, ecc., per formare una tecnologia di preparazione del controllo di stabilità della qualità per lingotti ad alto legame e sviluppare nuovi materiali per leghe di alluminio ad alta resistenza e resistenti al calore contenenti elementi di terre rare; Svolgere ricerche ingegneristiche su materiali in lega di alluminio ad alta resistenza e resistenti al calore per fornire riserve tecniche per componenti tipici applicati nel campo dell'aviazione civile.
(3) Lega di alluminio ad alta resistenza, tenace, resistente alla corrosione e resistente ai danni. In risposta ai requisiti di progettazione relativi alla durabilità, alla tolleranza ai danni e alla resistenza alla corrosione degli aerei dell'aviazione civile, lo sviluppo di fogli in lega di alluminio ad alta tenacità e con elevata resistenza alla corrosione con grado di resistenza di 700 MPa è una tendenza inevitabile. Attraverso la ricerca sulla progettazione e l'ottimizzazione della nuova composizione della lega, il trattamento di omogeneizzazione multilivello delle particelle in fase disperse, il controllo della microstruttura della deformazione durante il processo di laminazione e il controllo della forma della piastra, prevediamo di sviluppare un'elevata resistenza alla corrosione con grado di resistenza di 700 MPa e una lega di alluminio ad alta tenacità prestirata piastre di medio spessore con eccellente resistenza alla frattura, tenacità e resistenza alla corrosione, che forniscono riserve tecniche per componenti strutturali chiave nelle applicazioni dell'aviazione civile.
(4) Le nanoparticelle autogenerate in situ migliorano i compositi a base di alluminio ad alte prestazioni. Questo materiale presenta i vantaggi di elevata resistenza specifica, modulo specifico, buona resistenza alla fatica, buona resistenza al calore, resistenza alla corrosione e costi di preparazione relativamente bassi. Attualmente è un nuovo materiale rivoluzionario in lega di alluminio. Padroneggia le tecniche di controllo per la morfologia e le dimensioni delle nanoparticelle autogenerate in situ e utilizza il campo magnetico a impulsi ad alta frequenza e le tecniche di controllo del campo ultrasonico ad alta energia per controllare l'aggregazione e la distribuzione delle nanoparticelle, ottimizzare la nanoparticella autogenerata in situ tecnologia di fusione DC composita rinforzata ad alte prestazioni a base di alluminio. Migliorando la struttura della lega, ottenendo una distribuzione uniforme delle nanoparticelle all’interno dei grani della lega e dei bordi dei grani, si migliora significativamente la forza, la plasticità e la resistenza alla fatica dei materiali in lega di alluminio, consentendo la produzione su larga scala e l’applicazione sul mercato di lingotti industriali e prodotti in alluminio.
(5) Tecnologie chiave e ricerca applicativa per la preparazione e la lavorazione di alta qualità delle leghe di alluminio per l'aviazione. Per i materiali in lega di alluminio di alta qualità utilizzati nell'aviazione, viene condotta una ricerca approfondita sulla relazione intrinseca tra composizione della lega, microstruttura, proprietà, preparazione e lavorazione, nonché sui meccanismi di rafforzamento e tenacizzazione e altre questioni scientifiche, nonché dettagliati tecnologie di controllo. Vengono stabiliti i principi di controllo organizzativo e le linee guida del servizio di sicurezza e viene costruita una piattaforma dati di base per superare i principali colli di bottiglia tecnici di alta affidabilità, alta stabilità e preparazione ad alta omogeneità di materiali strutturali in lega di alluminio di grandi dimensioni. Ciò fornisce le basi teoriche e il supporto tecnico chiave per la produzione completamente indipendente e controllabile di materiali strutturali in lega di alluminio aeronautico.
2.2. Lega di alluminio leggera per il trasporto
(1) Ricerca e sviluppo di materiali in alluminio deformato di qualità automobilistica che bilanciano leggerezza e sicurezza e produzione industriale di alta qualità. La Cina è il più grande mercato di consumo automobilistico del mondo e la progettazione e la produzione di veicoli a carburante tradizionale e di veicoli a nuova energia aumenterà ulteriormente l’applicazione di materiali in alluminio, comprese tutte le carrozzerie e le custodie delle batterie in alluminio per i veicoli a nuova energia. C’è un urgente bisogno di progettazione, ricerca e sviluppo e industrializzazione di alta qualità di materiali in lega di alluminio deformati. Prendendo le imprese come corpo principale, attraverso la stretta integrazione di "ricerca, produzione e applicazione", vengono condotti ricerca e sviluppo congiunti per affrontare i collegamenti problematici nell'intero processo, perfezionare e quantificare i dettagli del sistema e i parametri standardizzati nella produzione e processo di preparazione, stabilire un sistema e un sistema di gestione della produzione tracciabile e ottenere una produzione e un'applicazione stabile e di alta qualità dei tipici materiali in alluminio deformato per i veicoli.
(2) Ricerca di base sull'applicazione della correlazione tra progettazione dell'alluminio e "prestazioni della struttura del processo". Sulla base dei requisiti prestazionali applicativi di 6 materiali in alluminio della serie XXXXX (piastre e profili) per la struttura della carrozzeria dell'automobile e di 3 materiali in alluminio della serie XXXXX per l'involucro della batteria e basandosi su tecniche di caratterizzazione quantitativa della microstruttura multidimensionale e multiscala, progettazione della lega e ricerca sui processi sulla base di requisiti prestazionali completi, vengono condotte ricerche e valutazioni sulla progettazione delle leghe e sui processi basati su singole prestazioni eccellenti e sulla ricerca e valutazione delle prestazioni applicative (formatura, connessione, ecc.). Vengono sviluppati materiali in lega di alluminio per la carrozzeria dell'automobile e la sua struttura, l'involucro della batteria e vengono ottenute una produzione e una preparazione a basso costo e ad alta stabilità.
(3) Lega di alluminio ad alta formabilità e alta resistenza. Ottimizzando la composizione chimica e la tecnologia di lavorazione della lega di alluminio, è stato ottenuto un materiale in lega di alluminio ad alta resistenza con prestazioni di imbutitura profonda equivalenti (stato T4P) all'attuale lega di alluminio 6016 per autoveicoli e resistenza equivalente allo stato 2024-T351 dopo cottura a breve termine sviluppato, che soddisfa i requisiti prestazionali delle coperture per ammaccature resistenti agli urti per l'alleggerimento automobilistico.
(4) Lega di alluminio espanso ad alta resistenza di grandi dimensioni. L'alluminio espanso ha le caratteristiche sia della struttura porosa che del metallo e ha molte proprietà eccellenti come leggerezza, elevata resistenza specifica, assorbimento di energia, assorbimento degli urti, smorzamento, assorbimento acustico, dissipazione del calore, schermatura elettromagnetica, ecc. Viene utilizzata la tecnologia di simulazione studiare in modo approfondito e sistematico l'interazione tra la struttura in schiuma di alluminio e le proprietà del materiale, ottimizzare i parametri di processo della produzione industriale, semplificare il processo di produzione, ridurre i costi di produzione e realizzare l'applicazione di mercato di materiali in lega di alluminio espanso ad alta resistenza e con specifiche di grandi dimensioni nel settore dei trasporti leggeri.
2.3 Alluminio elettronico 3C e altre leghe di alluminio
(1) Sviluppo e industrializzazione di leghe di alluminio delle terre rare. La Cina dispone di abbondanti risorse di terre rare e l’industria delle leghe di alluminio è su larga scala. Precedenti studi hanno dimostrato che la combinazione di alcuni elementi delle terre rare (RE) con le leghe di alluminio può effettivamente migliorarne le prestazioni. Tuttavia, la Cina non ha ancora sviluppato leghe di alluminio delle terre rare stabili per l’applicazione, né ha sviluppato leghe di alluminio delle terre rare con caratteristiche cinesi a livello internazionale. Pertanto, è necessario continuare ad aumentare gli sforzi nei relativi processi di ricerca e industrializzazione. Combinando strettamente ricerca, apprendimento e applicazione, vengono effettuate ulteriori ricerche sull'applicazione di base degli elementi delle terre rare nelle leghe di alluminio e il meccanismo di influenza degli elementi delle terre rare nelle leghe di alluminio viene profondamente compreso. Diverse leghe di alluminio delle terre rare con valore pratico vengono sviluppate e promosse per l'applicazione.
(2) Lega di alluminio 5G ad alta superficie, alta resistenza e alta conduttività termica. Ottimizzando la composizione chimica della lega e regolando ragionevolmente la struttura del materiale, studiando gli effetti della composizione della lega, del processo di deformazione e dei processi di trattamento termico sulla resistenza, conduttività termica e prestazioni di anodizzazione della lega, il controllo dei grani della lega e del secondo si possono ottenere composti di fase; Attraverso la regolamentazione organizzativa e la ricerca sui processi di anodizzazione e colorazione elettrolitica, è stata ottenuta una pellicola anodizzata con rivestimento uniforme, nessuna differenza di colore e nessun difetto come punti neri e linee nere. Sono stati sviluppati materiali ad alta superficie, elevata conduttività termica e lega di alluminio ad alta resistenza per soddisfare la domanda del mercato di custodie per telefoni cellulari 5G, piastre intermedie per telefoni cellulari, materiali in alluminio estruso e fogli laminati.
(3) Anodo in lega di alluminio efficiente ed economico per batterie ad aria in alluminio. Studiare in modo approfondito e sistematico gli elementi di lega unici degli anodi in lega di alluminio, come elementi metallici a basso punto di fusione, processi di deformazione e processi di trattamento termico, e i loro effetti sull'attività elettrochimica e sulla resistenza all'autocorrosione degli anodi di alluminio. Condurre ricerche di base sulle caratteristiche di attivazione e passivazione dei materiali anodici in lega di alluminio, sviluppare materiali anodici in lega di alluminio che soddisfino i requisiti delle batterie ad aria in alluminio e realizzare l'applicazione orientata al mercato delle batterie ad aria in alluminio nell'alleggerimento automobilistico, nell'alimentazione di emergenza e altro campi.
(4) Lega di alluminio con resistenza 800 MPa. Innovando la gamma di design esistente di componenti in lega di alluminio ad alta resistenza, abbiamo sviluppato un nuovo tipo di materiale in lega di alluminio con una resistenza di 800 MPa nella serie 7XX. Ci concentreremo sulla conduzione di ricerche su tecnologie chiave come la progettazione della composizione industriale e il corretto controllo della lega di alluminio ad alta resistenza di grado 800 MPa, la formatura di lingotti ad alta lega e la preparazione di lingotti di alta qualità metallurgica, la regolazione dell'uniformità della microstruttura durante la lavorazione a caldo e controllo dei processi di trattamento termico di precisione. Svilupperemo tecnologie di controllo della stabilità della qualità per la produzione in batch di lingotti ad alto contenuto di leghe e stabiliremo tecnologie di controllo dettagliate per l'evoluzione e la struttura della microstruttura durante la lavorazione e il trattamento termico; Completare lo sviluppo di componenti tipici e verificarne l'applicazione in condizioni di servizio simulate, realizzare preliminarmente la sostituzione leggera di materiali strutturali ad alta resistenza per navi e fornire riserve tecniche per la progettazione leggera e la preparazione di componenti strutturali tipici per applicazioni nel settore aerospaziale, aeronautico, trasporti e altri campi.
(5) Aste di perforazione in lega di alluminio ad alta resistenza, tenaci, resistenti alla corrosione e al calore per l'esplorazione petrolifera. Rispetto ai tubi di perforazione in acciaio, i tubi di perforazione in lega di alluminio presentano i vantaggi di bassa densità specifica, elevata resistenza, basso stress di flessione e resistenza ai gas acidi come la corrosione di H2S e CO2. Hanno anche una maggiore capacità di profondità di perforazione e una maggiore capacità di assorbimento degli urti. Pertanto, le aste di perforazione in lega di alluminio presentano evidenti vantaggi nell'esplorazione e nello sviluppo di pozzi profondi, pozzi ultra profondi e pozzi di gas acidi. Ricercare e ottimizzare il processo di trattamento termico delle leghe in stati ad alto soluto per controllare la microstruttura, al fine di ottenere una migliore combinazione di MPt, GBP e PFZ e per ottimizzare l'abbinamento di elevata resistenza, elevata tenacità, resistenza alla corrosione e calore resistenza delle leghe; Studiare il comportamento deformativo delle leghe e stabilire un modello di evoluzione della microstruttura della lega; Comprendere la relazione tra fattori quali composizione, microstruttura e proprietà macroscopiche, stabilire modelli per l'incrudimento, la tensocorrosione e la tenacità alla frattura, ottenere il corretto controllo della microstruttura e sviluppare e produrre materiali ad alta resistenza, tenacità, resistenza alla corrosione e al calore. aste di perforazione resistenti in lega di alluminio per l'esplorazione petrolifera che soddisfano la domanda del mercato.
(6) Sviluppo e industrializzazione di tecnologie di lavorazione ecologica per materiali in lega di alluminio. Di fronte alla carenza di risorse ed energia, l’utilizzo completo delle risorse e l’innovazione tecnologica sono particolarmente importanti. Il sistema conduce ricerche di base sull'applicazione delle leghe di alluminio riciclate, comprende a fondo gli effetti di accoppiamento di più elementi nelle leghe di alluminio e i loro meccanismi di impatto sulla struttura e sulle proprietà dei materiali, stabilisce un sistema di riciclaggio e riutilizzo delle leghe di alluminio, sviluppa sistemi a basso consumo energetico e a basso consumo energetico. tecnologie di preparazione e lavorazione ecologiche a basso costo e ad alte prestazioni per materiali in lega di alluminio e fornisce supporto teorico e tecnico per la preparazione di leghe di alluminio ecologiche e rispettose dell'ambiente a basso costo e di "un alluminio multienergia" con valore applicativo, raggiungendo i rigorosi requisiti energetici della Cina obiettivi di risparmio e riduzione delle emissioni annuali per anno e la riqualificazione ecologica dell’industria dell’alluminio.
3. Conclusione e prospettive
Alte prestazioni, alta qualità, elevata uniformità, basso costo e protezione ambientale a basse emissioni di carbonio sono ancora le direzioni principali per lo sviluppo di nuovi materiali per le leghe di alluminio civile e la tecnologia di lavorazione dell'alluminio. Il primo è sviluppare un'eccellente tecnologia di fusione, migliorare continuamente l'efficienza nell'utilizzo dell'energia, ridurre le emissioni e migliorare il livello di controllo della qualità metallurgica, della composizione chimica e della microstruttura dei lingotti; Il secondo è integrare e applicare le eccellenti conquiste tecnologiche contemporanee, sviluppare automazione ad alta precisione, specializzazione e attrezzature tecniche su larga scala, migliorare l’efficienza e garantire la produzione su larga scala di prodotti di alta qualità e altamente uniformi; Il terzo è utilizzare appieno l'applicazione della tecnologia di simulazione computerizzata nei campi della ricerca e sviluppo di nuovi materiali, lavorazione, tecnologia di lavorazione e progettazione e ottimizzazione degli stampi, abbreviare significativamente il ciclo di sviluppo, ridurre i rischi di sviluppo, migliorare l'efficienza produttiva e ridurre i costi .
Attualmente, i materiali per la lavorazione delle leghe di alluminio si stanno sviluppando verso multileghe, grande larghezza, elevata resistenza e tenacità, elevata purezza, alta precisione, elevata stabilità, superplasticità e superconduttività. Ciò richiede inevitabilmente molto lavoro dettagliato nella ricerca sull'innovazione tecnologica, dalla ricerca sui meccanismi dei materiali al controllo degli elementi di processo, ai fattori che influenzano la lavorazione, alla formulazione ragionevole dei parametri della linea di processo, al rigoroso monitoraggio e supervisione della qualità, ecc., per stabilire la caratterizzazione delle caratteristiche di base della lega di alluminio, la lavorazione database tecnologico e sistema di ispezione e valutazione della qualità del prodotto e ottenere uno sviluppo innovativo di un'eccellente tecnologia di lavorazione dei materiali in lega di alluminio civile.
