La capacité de production et la production de l'industrie chinoise de transformation de l'aluminium se sont développées dans des domaines en croissance rapide, notamment les plaques, bandes, feuilles d'aluminium ordinaires civiles en aluminium et en alliage d'aluminium, les profilés en aluminium pour la construction et le transport ferroviaire, les matériaux de mise en conserve et les substrats de plaques d'aluminium pour l'impression. La partie supplémentaire est principalement composée d'entreprises privées. La Chine est un pays majeur dans l’industrie de transformation de l’aluminium.
Ces dernières années, le développement des matériaux de l'aluminium et des alliages d'aluminium s'est principalement concentré sur deux directions : (1) développer de nouveaux matériaux en alliage d'aluminium à haute résistance et haute ténacité pour répondre aux besoins de domaines spéciaux tels que l'aérospatiale, les transports et les installations militaires ; (2) Développer des alliages d'aluminium civils avec différentes propriétés et fonctions pour répondre à de nouveaux matériaux pour différentes conditions et applications. L'application généralisée des alliages d'aluminium a favorisé le développement de la technologie de traitement et de préparation des alliages d'aluminium, mais avec l'amélioration continue des exigences de performance pour les produits en alliage d'aluminium, de nouvelles exigences ont également été proposées pour la technologie de traitement des alliages d'aluminium. Valoriser et renforcer la recherche sur les caractéristiques fondamentales des alliages d'aluminium et la construction de théories systématiques, améliorant encore la compréhension des caractéristiques de traitement des alliages d'aluminium, est le seul moyen de parvenir à une innovation technologique dans le traitement des alliages d'aluminium.
1. Recherche sur les caractéristiques de base des matériaux en alliage d'aluminium
Une étude systématique et approfondie des caractéristiques fondamentales des alliages d’aluminium constitue le fondement de l’innovation dans la technologie de traitement des alliages d’aluminium. Sur la base de la théorie existante du traitement des alliages d'aluminium, d'excellents instruments et équipements tels que des ordinateurs et des caméras haute définition à grande vitesse sont utilisés pour étudier le comportement de transfert de chaleur et de masse du processus de solidification en fusion de l'alliage d'aluminium, la loi d'évolution du solide de l'alliage d'aluminium. phase de déformation et de précipitation pendant le processus de traitement thermique, et la relation constitutive entre les performances globales de l'interface de la microstructure multiphasée. Un système théorique autonome et systématique de technologie de traitement des alliages d’aluminium est formé. Dans le même temps, combiner l'équipement actuel de traitement des alliages d'aluminium et la technologie de préparation de la production pour guider et optimiser la technologie actuelle de production et de traitement des alliages d'aluminium, afin de parvenir à l'innovation dans la technologie et les matériaux de traitement de l'aluminium.
(1) Recherche sur les caractéristiques de base de la fusion et du moulage des alliages d’aluminium. Étudier la distribution du champ thermique pendant le processus de solidification de différents types de fontes d'aluminium sous différentes vitesses de refroidissement et la forme initiale du front de solidification de la fonte, explorer la loi d'évolution de sa forme au cours de l'avancement du front de solidification, et l'influence loi sur le champ de contraintes thermiques internes de la billette ; Étudier la redistribution des solutés pendant le processus de solidification, comprendre les types, les mécanismes thermodynamiques et cinétiques de formation et de croissance des précipités primaires de solidification, ainsi que les modèles de distribution des différents types de précipités primaires de solidification et les mécanismes de formation de divers défauts pendant la solidification. processus.
(2) Recherche sur les caractéristiques fondamentales de la déformation plastique de l'alliage d'aluminium. Étudier le mécanisme d'influence de la force de déformation externe sur la fragmentation des précipités primaires de solidification de différentes tailles/types ; Étudier la relation intrinsèque entre la force de déformation externe, la vitesse de déformation, la déformation variable, la distribution de la température, la résistance à la déformation, la limite de fissuration du matériau, la contrainte interne résiduelle ; Étudier les types de précipités de déformation, les mécanismes thermodynamiques et cinétiques de leur formation et de leur croissance.
(3) Recherche sur les caractéristiques de base du traitement thermique des alliages d'aluminium. Étudier les mécanismes thermodynamiques et cinétiques de dissolution de différents types de précipités de solidification primaire/précipités de déformation lors du traitement thermique en solution solide des alliages d'aluminium ; Étudier le mécanisme de transfert de chaleur et la loi de variation des contraintes internes résiduelles de l'alliage d'aluminium lors d'un traitement de trempe rapide ; Au cours du processus de traitement thermique de vieillissement, explorer les mécanismes thermodynamiques et cinétiques de la formation et de la croissance de différents types de phases de précipitation, et saisir les schémas de distribution des différents types de phases de précipitation ; Étudier le mécanisme d'interaction entre différents types/tailles de phases précipitées et les interfaces avec des défauts ponctuels/lignes, l'influence de l'espacement des particules et des joints de grains de différents types/tailles de phases précipitées sur le mouvement des défauts linéaires, ainsi que l'initiation et la propagation des fissures. ; Mener des recherches approfondies sur l'influence des types/tailles/distributions des phases de précipitation sur les propriétés mécaniques statiques/dynamiques et la résistance à la corrosion des matériaux, ainsi que sur la relation correspondante entre les propriétés mécaniques statiques/dynamiques des matériaux et leur résistance aux hautes températures. dégâts d'impact de vitesse.
2. Recherche et proposition sur les matériaux civils en alliage d'aluminium
Les matériaux en alliage d'aluminium ont été largement utilisés dans les domaines de l'aviation civile, des transports, de l'électronique 3C, des nouvelles énergies, des sports et de la construction. La concurrence féroce sur le marché a favorisé l’amélioration des exigences de qualité et de performance pour les produits civils en alliage d’aluminium. Par conséquent, ce n’est qu’en explorant davantage le potentiel des alliages d’aluminium, en recherchant et en développant d’excellents matériaux civils en alliage d’aluminium et technologies de traitement que nous pourrons mieux répondre à la demande du marché.
2.1. Alliage d'aluminium haute performance pour l'aviation civile
(1) Technologie de préparation technique pour de nouveaux matériaux en alliage d'aluminium de terres rares haute performance destinés à l'aviation civile. Mener des recherches fondamentales approfondies sur l'application des éléments de terres rares dans les alliages d'aluminium de terres rares à haute performance pour l'aviation civile, révéler le mécanisme d'influence des éléments de terres rares dans les alliages d'aluminium, étudier systématiquement la loi d'évolution de la microstructure dans des conditions thermomécaniques, et relation avec la performance et former un système théorique de base pour la conception, la préparation et le traitement de la composition d'alliages d'aluminium de terres rares à haute performance ; Des recherches plus approfondies seront menées sur la préparation technique et l'application de nouveaux matériaux d'alliage d'aluminium de terres rares de haute performance, formant un ensemble complet de processus de production et de technologies d'application pour de nouveaux matériaux de déformation en alliage d'aluminium de terres rares de haute performance, avec une capacité de production par lots stable, réaliser l'installation et l'application sur les avions de l'aviation civile et répondre aux besoins de production par lots des avions de l'aviation civile.
(2) Nouvel alliage d'aluminium à haute résistance, résistant à la corrosion et à la chaleur. Technologies clés révolutionnaires telles que la conception de la composition et la technologie de contrôle correcte pour les alliages d'aluminium à haute résistance et résistants à la chaleur, la technologie de contrôle de moulage et de formage pour les alliages résistants à la chaleur à haute teneur en alliage, la technologie de traitement d'homogénéisation en plusieurs étapes et la stabilité thermique à haute température. structure de phase et technologie de contrôle des performances pour les terres rares Sc, Er, etc., pour former une technologie de préparation de contrôle de stabilité de qualité pour les lingots fortement alliés et développer de nouveaux matériaux pour les alliages d'aluminium à haute résistance et résistants à la chaleur contenant des éléments de terres rares ; Effectuer des recherches techniques sur les matériaux en alliage d'aluminium à haute résistance et résistants à la chaleur afin de fournir des réserves techniques pour les composants typiques appliqués dans le domaine de l'aviation civile.
(3) Alliage d'aluminium à haute résistance, robuste, résistant à la corrosion et tolérant aux dommages. En réponse aux exigences de conception en matière de durabilité, de tolérance aux dommages et de résistance à la corrosion des avions de l'aviation civile, le développement de tôles en alliage d'aluminium à haute résistance à la corrosion et à haute ténacité de 700 MPa est une tendance inévitable. Grâce à la recherche sur la conception et l'optimisation de nouvelles compositions d'alliages, le traitement d'homogénéisation à plusieurs niveaux des particules en phase dispersée, le contrôle de la microstructure de déformation pendant le processus de laminage et le contrôle de la forme des plaques, nous prévoyons de développer une résistance élevée à la corrosion de 700 MPa et un alliage d'aluminium à haute ténacité pré-étiré. des plaques d'épaisseur moyenne avec une excellente résistance à la rupture, une résistance à la corrosion et une correspondance, fournissant des réserves techniques pour les composants structurels clés dans les applications de l'aviation civile.
(4) Les nanoparticules autogénérées in situ améliorent les composites à base d'aluminium haute performance. Ce matériau présente les avantages d'une résistance spécifique élevée, d'un module spécifique, d'une bonne résistance à la fatigue, d'une bonne résistance à la chaleur, d'une résistance à la corrosion et d'un coût de préparation relativement faible. Il s’agit actuellement d’un nouveau matériau révolutionnaire en alliage d’aluminium. Maîtriser les techniques de contrôle de la morphologie et de la taille des nanoparticules auto-générées in situ et utiliser des techniques de contrôle de champ magnétique d'impulsion à haute fréquence et de champ ultrasonique à haute énergie pour contrôler l'agrégation et la distribution des nanoparticules, optimiser les nanoparticules auto-générées in situ Technologie de moulage DC composite renforcée à base d'aluminium haute performance. Tout en améliorant la structure de l'alliage, la répartition uniforme des nanoparticules dans les grains d'alliage et les joints de grains améliore considérablement la résistance, la plasticité et la résistance à la fatigue des matériaux en alliage d'aluminium, permettant ainsi la production à grande échelle et l'application sur le marché de lingots industriels et de produits en aluminium.
(5) Technologies clés et recherche d'applications pour la préparation et le traitement de haute qualité des alliages d'aluminium aéronautiques. Pour les matériaux en alliage d'aluminium de haute qualité utilisés dans l'aviation, des recherches approfondies sont menées sur la relation intrinsèque entre la composition de l'alliage, la microstructure, les propriétés, la préparation et le traitement, ainsi que sur les mécanismes de renforcement et de durcissement et d'autres questions scientifiques, ainsi que sur des études détaillées. technologies de contrôle. Des principes de contrôle organisationnel et des lignes directrices pour les services de sécurité sont établis, et une plate-forme de données de base est construite pour surmonter les principaux goulots d'étranglement techniques liés à une préparation de haute fiabilité, de haute stabilité et de haute homogénéité de grands matériaux de structure en alliage d'aluminium. Cela fournit une base théorique et un support technique clé pour la production complète, indépendante et contrôlable de matériaux structurels en alliage d’aluminium pour l’aviation.
2.2. Alliage d'aluminium léger pour le transport
(1) Recherche et développement de matériaux en aluminium déformé de qualité automobile qui équilibrent légèreté et sécurité, et production industrielle de haute qualité. La Chine est le plus grand marché de consommation automobile au monde, et la conception et la fabrication de véhicules à carburant traditionnel et de véhicules à énergies nouvelles augmenteront encore l'application de matériaux en aluminium, y compris toutes les carrosseries et boîtiers de batteries en aluminium pour les véhicules à énergies nouvelles. Il existe un besoin urgent de conception, de recherche et développement et d’industrialisation de haute qualité de matériaux en alliage d’aluminium déformé. En prenant les entreprises comme corps principal, grâce à l'intégration étroite de « recherche, production et application », des recherches et développements conjoints sont menés pour résoudre les problèmes liés à l'ensemble du processus, affiner et quantifier les détails du système et les paramètres standardisés dans la production. et le processus de préparation, établir un système et un système de gestion de la production traçables, et obtenir une production et une application stables et de haute qualité de matériaux en aluminium déformés typiques pour les véhicules.
(2) Recherche fondamentale sur l'application de la corrélation entre la conception de l'aluminium et la « performance de la structure du processus ». Basé sur les exigences de performance d'application des matériaux en aluminium de la série 6 XXXXX (plaques et profilés) pour la structure de carrosserie automobile et des matériaux en aluminium de la série 3 XXXXX pour la coque de batterie, et en s'appuyant sur des techniques de caractérisation quantitative de la microstructure multidimensionnelle et multi-échelle, de la conception d'alliages et de la recherche sur les processus. sur la base d'exigences de performances complètes, des recherches et des évaluations sur la conception et les processus d'alliages basées sur d'excellentes performances uniques et sur les performances des applications (formage, connexion, etc.) sont effectuées. Des matériaux en alliage d'aluminium pour la carrosserie automobile et sa structure, la coque de batterie sont développés, et une production et une préparation à faible coût et à haute stabilité sont obtenues.
(3) Alliage d'aluminium à haute formabilité et à haute résistance. En optimisant la composition chimique et la technologie de traitement de l'alliage d'aluminium, un matériau en alliage d'aluminium à haute résistance avec des performances d'emboutissage profond équivalentes (état T4P) à l'alliage d'aluminium automobile 6016 actuel et une résistance équivalente à l'état 2024-T351 après une cuisson à court terme a été développé, qui répond aux exigences de performance des cache-bosses résistants aux chocs pour l'allègement automobile.
(4) Alliage d'aluminium mousse haute résistance de grande taille. La mousse d'aluminium présente les caractéristiques à la fois d'une structure poreuse et du métal et possède de nombreuses excellentes propriétés telles que la légèreté, une résistance spécifique élevée, l'absorption d'énergie, l'absorption des chocs, l'amortissement, l'absorption acoustique, la dissipation thermique, le blindage électromagnétique, etc. La technologie de simulation est utilisée étudier en profondeur et systématiquement l'interaction entre la structure de la mousse d'aluminium et les propriétés des matériaux, optimiser les paramètres du processus de production industrielle, simplifier le processus de production, réduire les coûts de production et réaliser l'application sur le marché de matériaux en alliage d'aluminium en mousse à haute résistance et de grandes spécifications dans le domaine du transport léger.
2.3 Aluminium électronique 3C et autres alliages d'aluminium
(1) Développement et industrialisation d'alliages d'aluminium de terres rares. La Chine possède d'abondantes ressources en terres rares et l'industrie des alliages d'aluminium est à grande échelle. Des études antérieures ont montré que la combinaison de certains éléments de terres rares (ER) avec des alliages d'aluminium peut améliorer efficacement leurs performances. Cependant, la Chine n’a pas encore développé d’alliages d’aluminium aux terres rares stables pour une application, ni développé d’alliages d’aluminium aux terres rares présentant les caractéristiques chinoises au niveau international. Il est donc nécessaire de continuer à intensifier les efforts dans les processus de recherche et d’industrialisation connexes. En combinant étroitement recherche, apprentissage et application, des recherches plus approfondies sur l'application fondamentale des éléments de terres rares dans les alliages d'aluminium sont menées et le mécanisme d'influence des éléments de terres rares dans les alliages d'aluminium est profondément compris. Plusieurs alliages d'aluminium de terres rares présentant une valeur pratique sont développés et promus pour des applications.
(2) Alliage d'aluminium 5G à haute surface, haute résistance et haute conductivité thermique. En optimisant la composition chimique de l'alliage et en régulant raisonnablement la structure du matériau, en étudiant les effets de la composition de l'alliage, du traitement de déformation et des processus de traitement thermique sur la résistance, la conductivité thermique et les performances d'anodisation de l'alliage, le contrôle des grains d'alliage et deuxièmement des composés en phase peuvent être obtenus ; Grâce à la réglementation organisationnelle et à la recherche sur les processus d'anodisation et de coloration électrolytique, un film anodisé avec un revêtement uniforme, sans différence de couleur et sans défauts tels que des points noirs et des lignes noires, a été obtenu. Des matériaux en alliage d'aluminium à surface élevée, à conductivité thermique élevée et à haute résistance ont été développés pour répondre à la demande du marché en matière d'étuis pour téléphones mobiles 5G, de plaques intermédiaires pour téléphones mobiles, de matériaux en aluminium extrudé et de feuilles laminées.
(3) Anode en alliage d'aluminium efficace et peu coûteuse pour les batteries aluminium-air. Étudier de manière approfondie et systématique les éléments d'alliage uniques des anodes en alliage d'aluminium, tels que les éléments métalliques à bas point de fusion, les processus de traitement de déformation et de traitement thermique, ainsi que leurs effets sur l'activité électrochimique et la résistance à l'autocorrosion des anodes en aluminium. Mener des recherches fondamentales sur les caractéristiques d'activation et de passivation des matériaux d'anode en alliage d'aluminium, développer des matériaux d'anode en alliage d'aluminium qui répondent aux exigences des batteries aluminium-air et réaliser l'application orientée marché des batteries aluminium-air dans l'allégement automobile, l'alimentation électrique de secours et autres champs.
(4) Alliage d'aluminium d'une résistance de 800 MPa. Rompant avec la gamme de conception existante de composants en alliage d'aluminium à haute résistance, nous avons développé un nouveau type de matériau en alliage d'aluminium avec une résistance de 800 MPa dans la série 7XX. Nous nous concentrerons sur la conduite de recherches sur des technologies clés telles que la conception de la composition industrielle et le contrôle correct d'un alliage d'aluminium à haute résistance de qualité 800 MPa, la formation de lingots fortement alliés et la préparation de lingots de haute qualité métallurgique, la régulation de l'uniformité de la microstructure pendant le traitement à chaud, et contrôler les processus de traitement thermique de précision. Nous développerons des technologies de contrôle de la stabilité de la qualité pour la production par lots de lingots fortement alliés et établirons des technologies de contrôle détaillées pour l'évolution et la structure de la microstructure pendant le traitement et le traitement thermique ; Achever le développement de composants typiques et vérifier leur application dans des conditions de service simulées, réaliser de manière préliminaire le remplacement léger des matériaux structurels à haute résistance pour les navires et fournir des réserves techniques pour la conception légère et la préparation de composants structurels typiques pour des applications dans l'aérospatiale, l'aviation, transport et autres domaines.
(5) Tiges de forage en alliage d'aluminium de haute résistance, robustes, résistantes à la corrosion et à la chaleur pour l'exploration pétrolière. Par rapport aux tiges de forage en acier, les tiges de forage en alliage d'aluminium présentent les avantages d'une faible densité spécifique, d'une haute résistance, d'une faible contrainte de flexion et d'une résistance aux gaz acides tels que la corrosion H2S et CO2. Ils ont également une plus grande capacité de profondeur de forage et une plus grande capacité d’absorption des chocs. Par conséquent, les tiges de forage en alliage d’aluminium présentent des avantages évidents dans l’exploration et le développement de puits profonds, de puits ultra profonds et de puits de gaz acide. Rechercher et optimiser le processus de traitement thermique des alliages dans des états de soluté élevé pour contrôler la microstructure, afin d'obtenir une meilleure combinaison de MPt, GBP et PFZ, et d'optimiser l'adéquation de haute résistance, haute ténacité, résistance à la corrosion et chaleur résistance des alliages; Étudier le comportement en déformation des alliages et établir un modèle d'évolution de la microstructure des alliages ; Comprendre la relation entre des facteurs tels que la composition, la microstructure et les propriétés macroscopiques, établir des modèles de durcissement dans le temps, de corrosion sous contrainte et de ténacité à la rupture, parvenir à un contrôle correct de la microstructure, et développer et produire des produits à haute résistance, robustes, résistants à la corrosion et à la chaleur. tiges de forage en alliage d'aluminium résistantes pour l'exploration pétrolière qui répondent à la demande du marché.
(6) Développement et industrialisation d’une technologie de traitement verte pour les matériaux en alliage d’aluminium. Face à la pénurie de ressources et d'énergie, l'utilisation globale des ressources et l'innovation technologique sont particulièrement importantes. Le système mène des recherches fondamentales sur l'application des alliages d'aluminium recyclés, comprend en profondeur les effets de couplage de plusieurs éléments dans les alliages d'aluminium et leurs mécanismes d'impact sur la structure et les propriétés des matériaux, établit un système de recyclage et de réutilisation des alliages d'aluminium, développe des technologies à faible consommation d'énergie et à faible consommation d'énergie. coût, des technologies vertes de préparation et de traitement de haute performance pour les matériaux en alliage d'aluminium, et fournit un soutien théorique et technique pour la préparation d'alliages d'aluminium verts et respectueux de l'environnement à faible coût et « un aluminium multi-énergie » avec une valeur d'application, atteignant les normes énergétiques strictes de la Chine. objectifs d’économies et de réduction des émissions année par année et la mise à niveau verte de l’industrie de l’aluminium.
3. Conclusion et perspectives
Hautes performances, haute qualité, haute uniformité, faible coût et protection de l'environnement à faible teneur en carbone restent les principales orientations du développement de nouveaux matériaux pour les alliages d'aluminium civils et la technologie de traitement de l'aluminium. L'une consiste à développer une excellente technologie de coulée, à améliorer continuellement l'efficacité de l'utilisation de l'énergie, à réduire les émissions et à améliorer le niveau de contrôle de la qualité métallurgique, de la composition chimique et de la microstructure des lingots ; La deuxième est d'intégrer et d'appliquer les excellentes réalisations technologiques contemporaines, de développer une automatisation de haute précision, une spécialisation et des équipements techniques à grande échelle, d'améliorer l'efficacité et d'assurer la production à grande échelle de produits de haute qualité et hautement uniformes ; Le troisième est d'utiliser pleinement l'application de la technologie de simulation informatique dans les domaines de la recherche et du développement de nouveaux matériaux, du traitement, de la technologie de traitement ainsi que de la conception et de l'optimisation des moules, de raccourcir considérablement le cycle de développement, de réduire les risques de développement, d'améliorer l'efficacité de la production et de réduire les coûts. .
À l'heure actuelle, les matériaux de traitement des alliages d'aluminium évoluent vers des alliages multiples, une grande largeur, une résistance et une ténacité élevées, une pureté élevée, une haute précision, une stabilité élevée, une superplasticité et une supraconductivité. Cela nécessite inévitablement beaucoup de travail détaillé dans la recherche sur l'innovation technologique, de la recherche sur les mécanismes des matériaux au contrôle des éléments de processus, en passant par les facteurs d'influence du traitement, la formulation raisonnable des paramètres de la ligne de traitement, le suivi et la supervision stricts de la qualité, etc., pour établir la caractérisation des caractéristiques de base de l'alliage d'aluminium, le traitement. base de données technologique et système d'inspection et d'évaluation de la qualité des produits, et réaliser un développement innovant d'une excellente technologie civile de traitement des matériaux en alliage d'aluminium.
