新时代的金属材料发挥新作用

　　随着现代工业的发展，金属材料的发展出现了很多新的特色及增长点。一些传统材料的应用出现了新的特点，其加工成形技术也面临着新的问题。铜材是传统金属材料，近年来铜管材，尤其是铜盘管（含内螺纹管）和外翅片管在制冷空调行业应用增长幅度很大。目前，铜合金管材在航海、电站冷凝管行业发展很快。铜材在电子器件行业出现了新的增长点。引线框架、IC插座、微型铜合金器件需求量猛增。

　　镁是地球上第六丰富元素，我国储量占世界很大比例。镁合金过去主要应用于航空航天领域。近年来在汽车、电子器件、体育器材、办公用品等行业应用增长很快。过去镁合金零部件的主要制造方法是压铸技术，目前半固态加工技术也发展很快。塑性加工成形技术近年来引起国际广泛关注。

　　钛合金有很多优点，但加工困难，价格高，过去主要应用于航空航天领域。目前已在医疗器械、人工骨架、电子器件、体育器材等行业获得越来越多的应用，应用速度和领域正在不断扩大，是目前应用速度发展最快的金属材料。

　　铜、铜合金及微小件加工制造铜及铜合金管材的加工制备技术铜及铜合金管材的传统加工技术是挤压制坯，拉拔成形。河南金龙公司上世纪90年代引进国外先进设备与技术，开发了磷脱氧铜铜管的铸轧成形与二联拉及盘拉组合拉伸技术。技术关键包括三个方面，一是采用连续铸造技术制备管坯。二是采用行星轧制技术对管坯进行大变形加工，获得大变形组织，消除铸造缺陷，提高管材性能。三是采用二联拉、盘拉组合成形加工空调用薄壁光管，然后深加工成外翅片管和内螺纹铜管。实践证明，铜管铸轧技术一方面获得了极大高效率，尤其是管坯制备效率极大提高，为我国空调业的大发展创造了条件。另一方面，管材的质量也获得了提高。根据中科院金属研究所的研究证实，铸轧铜管无论组织和性能都不低于传统挤压管材，原因是行星轧制使管材发生了93％以上的大变形量，管坯的组织和性能获得了根本的转变，其变形量高于挤压变形，而且对于消除孔洞等铸造缺陷和减小管材偏心有显著效果。另外根据用户的反应，金龙公司的铸轧铜管质量和性能明显优于传统的挤压铜管。

　　近年来白铜（镍铜B10、B30）和黄铜管材的需求量很大，并有大量出口。铜合金管材广泛应用于海洋舰船和电站冷凝管，并且白铜管有替代黄铜（HA177－1）管的趋势。冷凝管的加工主要采用铸锭－挤压－皮尔格轧制－拉伸工艺，技术比较成熟，部分牌号的冷凝管也已可以铸造空心管坯，经预热后进行摆式轧制或皮尔格快速轧制。

　　铜箔电解铜箔及覆铜箔板（CCL）作为基材大量应用于印刷电路板（PCB），或直接用于多层印制电路板的制造。PCB正向着多层化、薄型化、高密化和高速化方向发展。大多数国家可以生产70μm和35μm的铜箔，少数国家具有生产18μm及更薄（12、9、5、3μm）的铜箔能力。新型高性能铜箔要求缺陷少、晶粒细、低表面粗化度、高强度、高延展性、更薄。我国电解铜箔产量每年增加20％，2000年的产量为3万吨，2004年将达到3.6万吨，国际需求量约27.5万吨。我国覆铜箔板2000年产量为16万吨，2002年为19万吨，2005年将达到25万吨。2001年总产值55亿元，出口创汇3亿美元。

　　背胶铜箔是铜箔业的新产品，适宜于细线路板和微小孔的方向发展。锂电池负极集流体由铜箔制造，是铜箔的一个新的主要用途，一直依赖进口。铜箔在锂电池内既当负极材料的载体，又当负极电子收集与传输体，传统采用压延铜箔，随着铜箔要求越来越薄，压延技术遇到越来越多的困难。2002年我国需求量为1200吨，每年增长量将达到20％。老体弱镁合金及其加工成形镁合金及其应用由于环保和资源的要求，镁合金近年来获得了国际社会的广泛重视。镁合金是工程应用中最轻的金属，密度只有铝的2／3，还有很多独特的优点，例如较强的抗冲击性，电磁屏蔽性，因此适合于手机、笔记本电脑和数码相机外壳、微型录放机（MD）的外壳。汽车、飞机工业也是镁合金很有应用前景的行业，近年来发展很快，尤其是汽车工业，镁合金的用量在持续增加，各国都在研究镁合金在汽车上的应用技术。

　　目前，压铸技术是镁合金产品的主要加工技术，约占90％以上。压铸技术比较成熟，有很多优点，例如成本低，生产效率高，表面质量好。但压铸技术的发展也受到了很多限制，例如铸造缺陷很难消除，壁厚不能过薄，性能难以满足承载零件的要求，同时加工过程需要气体保护，产生很强的温室效应。半固态成形技术具有一些独特优点，获得了一定发展，表现出了一定前景，已有一定应用，但还不成熟。

　　镁合金塑性成形技术是正在发展的新技术，在镁合金加工制造方面表现出了广阔的前景。目前已可以提供各种挤压棒材、管材、牺牲阳极、挤压带材。板带铸轧技术正在开发。等温成形技术在航空工业方面已有一些应用。人们正在开发用于复杂板件和管件的超塑成形技术。

　　板带加工制备技术还不成熟。由于镁合金板成形技术困难较大，这方面产品加工技术不过关，市场没有获得开发，因此人们对板带加工技术的投入也不够。近年来，国际国内对镁合金板材成形技术给与了充分重视，这方面研究成果越来越多，同时对板带加工制备技术也提出了更多更高的要求。　　

　　镁合金板材零件的加工技术主要有超塑成形技术、热拉深成形技术和加热液压成形技术。

　　板材热拉深的关键技术是模具工装的加热方式、润滑技术、模具表面处理技术等。模具需要预热到接近坯料的加热温度，至少150℃。但凸模不能加热，甚至要用水冷，以提高贴膜金属的强度，以免凸模圆角附近金属破裂。坯料要加热到250℃以上。凹模表面最好进行镀膜处理，以提高耐磨能力，降低摩擦力。要采用合适的润滑剂。对于一些实际零件，采用复合热锻成形技术加工局部形状。

　　非晶镁合金微小件的锻造成形是非晶镁合金的新的应用热点。日本科学家已利用非晶镁合金加工出微小齿轮。由于非晶镁合金具有超塑性能，在非晶合金的玻璃点附近很容易加工成形，已经表现出了很好的应用前景。

　　钛合金的应用及加工钛合金的民用发展钛是强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀、地球上储量丰富的金属材料。由于钛及钛合金的冶炼和成形加工都相当困难，成本很高，价格很贵，多年来基本限于航天、航空等领域的应用。

　　近年来，钛的冶炼开发及加工技术发展很快，价格逐渐降低，钛合金在其它民用领域的发展越来越快。在医疗器械、人工骨架领域的应用；在电子器件领域，如手机外壳；体育器材领域，如高尔夫球头精铸、锻造；军工领域，如宇航容器、飞机发动机器件。

　　钛合金的各种管材、丝材需求很大，但目前加工需要热轧等高复杂装置和设备。目前钛合金的成形方法大多采用机加工方法，效率很低，浪费材料严重。塑性加工成形技术已是发展的主要方向。小批量高性能部件已开始采用等温锻造成形技术和超塑成形技术。超塑与扩散连接技术发展也很快。

　　TiNi记忆合金的应用TiNi记忆合金近年来发展日趋成熟，已获得了多方面应用，例如各种连接件、管接头、铆钉、连接器、紧固夹，卫星天线、温控元件、电子器件、集成电路的配线。医用元件：人工心脏、齿型矫正线、整形外科用骨接头件、止血夹。牙齿矫形丝、人工关节用自固定杆、接骨用超弹性TiNi丝、玩具及塑料眼镜框等。

　　在汽车方面也获得了多方面应用，例如丰田汽车采用TiNi记忆合金制成散热器护栅活门，冷却发动机的风扇，汽车轮胎防滑钉，可以根据轮胎温度自由伸缩。雾灯窗自动开闭装置，电磁阀，动力装置。有些应用领域，要求形状记忆元件在多次循环复运动中对外产生力的作用。温度继电器和温度保持器、自动干燥箱、电子灶、热机、卫星仪器舱窗门自动启闭、自动火警警报器、热敏阀门、液氨泄漏探测器、煤气安全阀、通风管道紧急启动闸门、自动收进烟头的烟灰盒及人工心脏等都属于这种应用类型。

　　宽滞后记忆合金管接头代替深海水下焊接，施工十分方便，工程费用低，用于空间狭窄不便焊接施工的管路连接，不仅施工方便，而且其密封性和承载能力及可靠性均优于普通的焊接方面及螺纹连接。用记忆合金制造可拆卸式管接头，目前采用制造记忆合金成型套管的方法，Ni－Ti－Nb合金成型套管套在被连接管的管头上，套管加热收缩，坚压在被连接管上形成金属－金属密合，然后用一个螺母压紧并密封套管的外侧使两管连接起来。这种可拆卸式管接头对于钛合金管的连接显得尤为重要。过去，需要用内锻法加工被连接管管接头，是一种昂贵而又不方便的工艺。

　　铜、镁、钛三种金属及其合金近年来应用领域获得了很大扩展，尤其在电子器械、汽车制造、航海舰船、发电设备、日常生活等领域获得了很多应用。这些产品的加工技术亟待改进提高。塑性成形技术是解决这些产品大批量生产的根本方法，也是降低加工成本的重要途径。这些产品的塑性加工技术还需要进行很多深入的开发研究工作。

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