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我國免熱處理鋁合金及鋁合金一體化

大型壓鑄行業(yè)呈現(xiàn)高質(zhì)量快速發(fā)展態(tài)勢

姜玉敬

 在全球社會應(yīng)對氣候變暖帶來的挑戰(zhàn)、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和人類可持續(xù)發(fā)展的征程中，鋁合金為全人類可持續(xù)發(fā)展和社會進(jìn)步事業(yè)發(fā)揮著重要作用。這主要歸根于鋁合金具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、延展性好、易加工、無磁性、沖擊不產(chǎn)生火花、無低溫脆性、無毒性、散熱性強(qiáng)、導(dǎo)電性好、沖擊吸收性較好、可焊接、耐核輻射性和再生循環(huán)利用率高等特性。正因為鋁材料具有優(yōu)良的特性，因此在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及現(xiàn)代工業(yè)等領(lǐng)域中得到了極其廣泛的應(yīng)用。尤其在現(xiàn)代的交通運(yùn)輸、新能源汽車、重大裝備等領(lǐng)域中，一體化免熱處理壓鑄鋁合金材料成為世界壓鑄鋁合金行業(yè)的時代潮流。

鋁及鋁合金的發(fā)明歷程

在全球鋁及鋁合金發(fā)展進(jìn)程中，具有劃時代的節(jié)點讓人們記憶深刻：1808年，實驗室電解還原出金屬鋁；1888年，采用熔鹽電解法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)出原鋁；1890年，發(fā)明世界最早的鋁銅合金，為原鋁成為結(jié)構(gòu)材料變?yōu)楝F(xiàn)實；1908年，發(fā)明電工鋁合金1050，并制成鋼芯鋁絞線，開創(chuàng)高壓遠(yuǎn)程輸電先鋒；1914年，鋁合金壓鑄投入商業(yè)化運(yùn)營，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和冷室壓鑄機(jī)的發(fā)明，得到了快速發(fā)展；1943年，Alcoa發(fā)明了6063合金及7075合金，開創(chuàng)高強(qiáng)度鋁合金的新紀(jì)元；1965年，Alcoa發(fā)明A356鑄造鋁合金，成為經(jīng)典鑄造合金鋁。

20世紀(jì)80年代至今，鋁合金開始逐漸應(yīng)用于工業(yè)、軍事、科技、航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造、電力電器等各個領(lǐng)域；尤其進(jìn)入新世紀(jì)，全球已開發(fā)出成千上萬種滿足各領(lǐng)域需要的鋁合金。鋁在人類生產(chǎn)生活的輕量化、現(xiàn)代化發(fā)展領(lǐng)域貢獻(xiàn)著關(guān)鍵作用。

我國一體化壓鑄免熱處理鋁合金產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢

近年來，我國免熱處理鋁合金材料和鋁合金一體化大型壓鑄行業(yè)已呈現(xiàn)出高質(zhì)量快速發(fā)展態(tài)勢，在一體化大型壓鑄鋁合金材料技術(shù)上已處于世界先進(jìn)水平，完全可以滿足一體化大型壓鑄的技術(shù)質(zhì)量要求。

一是我國已建立起完整先進(jìn)的鋁合金生產(chǎn)與加工體系，鋁合金生產(chǎn)門類齊全，生產(chǎn)規(guī)模創(chuàng)全球第一大國。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有鑄造鋁合金企業(yè)近3100家，年產(chǎn)能約為2100萬噸；鋁合金壓鑄企業(yè)約2000家，年產(chǎn)能達(dá)1400萬噸左右；鋁合金壓鑄產(chǎn)量從1990年14.9萬噸上升到2022年的755萬噸，年平均增長率為13.05%。

二是自主知識創(chuàng)新體系完善，創(chuàng)新能力迅速增強(qiáng)。據(jù)佰騰網(wǎng)和智研咨詢數(shù)據(jù)顯示，2008～2022年，我國一體化壓鑄專利申請總體呈現(xiàn)快速上升趨勢，其專利申請總量達(dá)237件，其中，2021年創(chuàng)近20年來的峰值，其專利申請量達(dá)到40件；2022年，我國一體化壓鑄專利申請量為32件。新能源汽車的發(fā)展以及特斯拉在Model Y實現(xiàn)了一體化壓鑄技術(shù)量產(chǎn)后，國內(nèi)新能源汽車企業(yè)、壓鑄企業(yè)、設(shè)備/模具制造企業(yè)和鑄造鋁合金企業(yè)正不斷加大對一體化壓鑄的研發(fā)投入，建立起了高起點、現(xiàn)代化研發(fā)機(jī)構(gòu)及專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊，并在產(chǎn)、學(xué)、研道路上開展良好的深入合作，進(jìn)一步推動了我國一體化壓鑄技術(shù)的快速應(yīng)用與發(fā)展。

三是當(dāng)下全球最具先進(jìn)性的一體化免熱處理鋁合金壓鑄行業(yè)蓬勃發(fā)展。對于汽車行業(yè)，車身一體化壓鑄具有卓越的優(yōu)越性：可以提高整體車身的安全性，減少多種零部件檢查驗收工作量，提高汽車的高效穩(wěn)定生產(chǎn)率，能夠降低綜合生產(chǎn)成本20%～30%。一體化大型壓鑄鋁合金車身重量輕，節(jié)省能源消耗，并且車輛報廢后回收利用價值高。因此，我國在一體化免熱處理鋁合金壓鑄行業(yè)已建立起從原材料研發(fā)生產(chǎn)、設(shè)備制造、模具制造、到大規(guī)?，F(xiàn)代化生產(chǎn)以及不斷創(chuàng)新的整體高速發(fā)展格局。在一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要是材料供應(yīng)商、設(shè)備制造商和模具制造商，免熱處理鋁合金材料大型企業(yè)主要有立中集團(tuán)、中國鋁業(yè)、南通鴻勁、蘇州慧金等。同時清華大學(xué)、上海交大等高校及企業(yè)也在全面開展免熱處理鋁合金新材料的研發(fā)。其中，立中集團(tuán)自主研發(fā)的LDHM-02、AlSi7MnMg、低碳再生LZ-1號合金以及與清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的THLZ合金材料已形成產(chǎn)品系列。設(shè)備制造企業(yè)主要有力勁科技、海天金屬、伊之密等；模具制造企業(yè)主要有賽維達(dá)、臻至、廣州型腔等；大型鋁合金壓鑄企業(yè)主要有文燦股份、拓普集團(tuán)、廣東鴻圖、美利信、愛柯迪等；主機(jī)廠公司主要有特斯拉、比亞迪、理想、蔚來、小鵬、華人遠(yuǎn)通、吉利極氪、一汽紅旗、長安等諸多新能源汽車制造公司。我國已形成了世界上最具競爭力和完整的一體化免熱處理大型鋁合金壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈條。

四是裝備水平呈大型化、智能化，逐步實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率自動化生產(chǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，到2022年年底，我國已建成大噸位一體化壓鑄機(jī)的年生產(chǎn)能力達(dá)到800萬件，擁有6000T、6100T、6600T、6800T、7000T、7200T、8800T、9000T、9200T、12000T的系列一體化超大壓鑄機(jī)約81臺/套，正在建設(shè)的各種型號大型一體化壓鑄機(jī)約55臺/套，一體化壓鑄年生產(chǎn)能力將達(dá)到1450萬件。同時，生產(chǎn)線實現(xiàn)人工智能操控和高效生產(chǎn)。

 五是市場呈現(xiàn)出不斷增長的繁榮景象。鋁合金在汽車中有著非常廣泛的應(yīng)用，動力與傳動系統(tǒng)、車身與內(nèi)外飾系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、車輪等零部件均采用鋁合金材料。

  汽車不同零部件鋁合金使用率

隨著汽車輕量化的發(fā)展，未來鋁合金應(yīng)用的快速增長主要集中在覆蓋件、車身及車身結(jié)構(gòu)件上，全鋁車身將從現(xiàn)在的4％提升到18%，年平均復(fù)合增速達(dá)16%以上。

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2022年我國新能源汽車的產(chǎn)量為705.8萬輛，同比增長96.9%；銷量為688.7萬輛，同比增長93.4%。在當(dāng)前新能源車銷量高速增長以及大型一體化鋁合金壓鑄件使用不斷擴(kuò)大背景下，一體化鋁合金壓鑄行業(yè)將邁入高速發(fā)展階段。

除在重要的汽車領(lǐng)域應(yīng)用外，我國航空航天、電子電器、重大裝備、船舶、人工智能等領(lǐng)域的全面興起，對鋁合金壓鑄件的需求也呈現(xiàn)大幅增長趨勢。

推進(jìn)我國免熱處理鋁合金材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待關(guān)注的問題

在鋁合金壓鑄行業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展的態(tài)勢下，筆者認(rèn)為當(dāng)前我們更應(yīng)清醒地認(rèn)識和科學(xué)把握行業(yè)發(fā)展中存在的客觀問題。

一是行業(yè)管理尚待進(jìn)一步規(guī)范。目前，鋁合金壓鑄行業(yè)依然存在諸多規(guī)模小、裝備落后、效率較低的“作坊式”鋁合金壓鑄廠家，行業(yè)可通過政策引導(dǎo)、結(jié)構(gòu)調(diào)整、加大力度鼓勵產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、嚴(yán)格把控產(chǎn)品質(zhì)量與監(jiān)督、嚴(yán)格市場準(zhǔn)入制度、杜絕不良競爭等措施，優(yōu)化行業(yè)結(jié)構(gòu)，全面提升行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

二是我國一體化鋁合金壓鑄起步較晚，在鋁合金材料的選用方面存在信息了解少和過于信賴外國標(biāo)準(zhǔn)等問題。比如，Alcoa的C611材料嚴(yán)格上說并不算是一種大型一體化免熱處理鋁合金材料，但其在該領(lǐng)域較早得到了應(yīng)用。C611化學(xué)組成并非專利技術(shù)，特定的熱處理工藝才是專利獲得授權(quán)的主要原因，并且該專利技術(shù)已于2023年2月到期失效；最近幾年國內(nèi)相當(dāng)一部分鋁合金企業(yè)采取套用專利的方法進(jìn)行其產(chǎn)品開發(fā)，因缺乏自主研發(fā)能力，沒有創(chuàng)新性，造成市場上魚珠混雜；更重要的是我國一些有自主研發(fā)實力的大型鋁合金企業(yè)研發(fā)的適合于一體化免熱處理鋁合金壓鑄專利技術(shù)，如國內(nèi)企業(yè)和高校的諸多專利技術(shù)：CN202010018461.7、CN202010270476.2、CN202111558726.3、CN202210038413.3 、CN202210800086.0、CN202211709047 .6等等，不僅具有能增進(jìn)鋁合金材料性能的獨特化學(xué)元素組成，而且具有性能更優(yōu)越、生產(chǎn)工藝更先進(jìn)的技術(shù)；因此，壓鑄行業(yè)上要大膽自主創(chuàng)新，為企業(yè)降本增效，為我國鑄造鋁合金材料技術(shù)和免熱處理一體化大型壓鑄行業(yè)良性、健康發(fā)展做貢獻(xiàn)。

三是在一體化免熱處理鋁合金壓鑄行業(yè)中，我國的民營企業(yè)已走在前列，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出卓有成效的貢獻(xiàn)。眾所周知，鋁合金鑄造業(yè)大約占全球原鋁消費(fèi)的25%，特別是當(dāng)代和未來的發(fā)展，隨著新能源汽車、重大裝備、航空航天、海洋開發(fā)利用、軍事等，一體化鋁合金壓鑄行業(yè)將會起著重要支撐作用。國有企業(yè)也應(yīng)發(fā)揮重要作用，實現(xiàn)強(qiáng)國、利民、造福人類的宏愿。

四是要堅定地支持和鼓勵我國自主知識產(chǎn)權(quán)和品牌創(chuàng)新發(fā)展。國家、各級政府和行業(yè)組織等部門應(yīng)從政策和實際行動上給予實質(zhì)性支持，共同抵制不利于市場良性發(fā)展的行為，加大力度鼓勵和支持科技進(jìn)步和品牌創(chuàng)新，確保我國鑄造鋁合金和鋁合金壓鑄行業(yè)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展。

五是在鋁合金壓鑄行業(yè)及其應(yīng)用領(lǐng)域中，堅定地推動并積極采用更優(yōu)質(zhì)、性價比高的新型壓鑄鋁合金材料，降低成本，促進(jìn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，不斷提升我國行業(yè)的創(chuàng)新能力和國際市場競爭力，要把創(chuàng)新與開發(fā)應(yīng)用牢牢地根植于祖國大地，樹立全球市場良性發(fā)展的思想，以實際行動，造福全人類。

 世界汽車工業(yè)的發(fā)展面臨著三大主題：節(jié)能、環(huán)保與安全。根據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的試驗驗證，汽油乘用車減重10％可以減少3.3％的油耗，減重15％可以相應(yīng)的減少5％的油耗，一體化免熱處理鋁合金壓鑄強(qiáng)勢助力汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；航空航天事業(yè)的發(fā)展，高性能一體化鋁合金產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用將彰顯其優(yōu)越性能；一系列的重大裝備應(yīng)用領(lǐng)域，一體化鋁合金壓鑄也大有作為。免熱處理鋁合金材料和一體化免熱處理鋁合金壓鑄行業(yè)快速高質(zhì)量發(fā)展的時代已經(jīng)來臨。