日前，筆者從包頭嘉泰金屬科技有限公司（以下簡稱嘉泰金屬）獲悉，該公司通過自主研制設(shè)備制出國內(nèi)領(lǐng)先的直徑0.05mm鈦合金超細絲材。

“我們擁有國際上領(lǐng)先的原位自生多元微納復(fù)合強化鈦基復(fù)合材料技術(shù)，已經(jīng)針對航天、航空、核電、醫(yī)療器械、船舶等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芟∮薪饘?、特鋼、金屬基?fù)合材料等方面的迫切需求開展產(chǎn)業(yè)化。目前，我們設(shè)計的鈦合金材料和鈦基復(fù)合材料產(chǎn)能為500噸，已有特種熔煉、等溫鍛造、精密鑄造、超細絲材加工4條生產(chǎn)線或外協(xié)生產(chǎn)線。”嘉泰金屬技術(shù)負責(zé)人仝泊濤介紹道。

鈦—產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展不可或缺

鈦及鈦合金具有密度小、比強度高、耐腐蝕、高低溫特性好等諸多優(yōu)良特性，并具有形狀記憶、超導(dǎo)、儲氫、生物相容性等獨特功能，小到眼鏡框、心臟和血管支架，大到航空發(fā)動機葉片，都有鈦的身影。

據(jù)上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師呂維潔介紹，鈦被譽為“宇宙金屬”“航空金屬”和“空間金屬”，還被稱為繼鐵和鋁之后的“第三金屬”，是工程技術(shù)及高科技領(lǐng)域中的關(guān)鍵支撐材料和極為重要的國防戰(zhàn)略金屬材料。當(dāng)前，鈦材用量和鈦工業(yè)發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力和發(fā)達程度的重要標(biāo)志。

近年來，隨著中國化工和海水淡化等領(lǐng)域?qū)︹伈挠昧康募眲≡黾?，以及中國的大飛機計劃、嫦娥登月計劃、航空發(fā)動機研發(fā)計劃、核電建設(shè)計劃以及海洋工程等重大工程都對高品質(zhì)鈦材形成了巨大的需求。

“中國的鈦工業(yè)目前還無法滿足上述需求，許多產(chǎn)品還不能批量生產(chǎn)甚至屬于空白，仍然需要大量從國外進口。”呂維潔說，面對國家實施重大工程的需要和相關(guān)行業(yè)發(fā)展的產(chǎn)品需求升級，加強國內(nèi)鈦及鈦合金材的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，提升鈦工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和提高鈦材產(chǎn)品深加工水平，促進中國鈦工業(yè)的升級轉(zhuǎn)型是全行業(yè)的重中之重，已成為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)的重大課題，具有重大的戰(zhàn)略地位和作用。

破瓶頸—復(fù)合強化成新方向

由呂維潔創(chuàng)辦的嘉泰公司在國內(nèi)最先能利用普通工藝制備大鑄錠原位自生鈦基復(fù)合材料和開展原位自生鈦基復(fù)合材料應(yīng)用研究的單位。

據(jù)仝泊濤介紹，傳統(tǒng)的鈦合金通過合金化和組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高其性能已經(jīng)發(fā)展到極致，只有通過復(fù)合強化才能突破傳統(tǒng)鈦合金的窠臼，讓鈦合金在更多領(lǐng)域“大展拳腳”。

呂維潔帶領(lǐng)的科研團隊創(chuàng)新性地提出利用多元、多尺度增強體復(fù)合強化提高鈦合金性能的技術(shù)路線，設(shè)計新型原位自生工藝，簡捷、低成本制備了高性能稀土改性鈦基復(fù)合材料，進一步優(yōu)化了成分和性能，解決高性能稀土改性鈦合金構(gòu)件的等溫鍛造和精密鑄造的關(guān)鍵成形技術(shù)難題。

“擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的原位自生專利技術(shù)，生產(chǎn)的鈦基復(fù)合材料精密鑄件產(chǎn)品，性能提升15%~20%，實現(xiàn)了稀土改性鈦基復(fù)合材料在航天、航空、核電、船舶、高端設(shè)備等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，滿足國家戰(zhàn)略需求。”呂維潔說道。

產(chǎn)業(yè)化—鈦應(yīng)用實現(xiàn)國有化

由于鈦冶煉和加工技術(shù)難度高、工序流程復(fù)雜，生產(chǎn)工藝設(shè)計需克服許多技術(shù)難點，還得需要許多特殊的冶煉、加工技術(shù)和專用設(shè)備進行鈦及鈦合金的冶煉和加工材的制備。

針對稀土改性合金材料等溫鍛造技術(shù)開發(fā)，確保稀土改性鈦合金材料等溫鍛造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)的實現(xiàn)，項目團隊采用高溫?zé)釅嚎s塑性變形，緊密圍繞材料基體合金和陶瓷顆粒增強體在塑性變形過程中的熱變形行為，研究顆粒增強稀土增強鈦合金材料高溫變形行為，探索顆粒增強稀土增強鈦合金材料高溫變形工藝和組織的協(xié)調(diào)機制，確定出合適的等溫鍛造加工窗口。

此外，針對稀土改性鈦合金材料精密鑄造技術(shù)開發(fā)，項目團隊采用石墨螺旋形在真空感應(yīng)爐中進行復(fù)合材料熔體的流動性研究，分析溫度，增強體種類、含量對稀土改性鈦合金材料流動性的影響規(guī)律，以及稀土改性鈦合金材料的熔體停滯機制，進行物理模擬稀土改性鈦合金材料楔形試樣的充型能力，分析稀土改性鈦合金材料充型過程增強體的作用機制。

利用有限元分析等新型的計算機模擬技術(shù)實現(xiàn)等溫鍛造工藝過程控制的模擬仿真，有效設(shè)計等溫鍛造模具和鍛造工藝參數(shù)，高效、低成本地制備出高性能的稀土增強鈦合金材料鍛件，以滿足高性能、高可靠、低成本航空零件的設(shè)計要求，提供可工業(yè)化生產(chǎn)的構(gòu)件。

目前，嘉泰金屬已經(jīng)向航天單位批量提供顆粒增強鈦合金鍛件30多批次，并已在國家關(guān)鍵型號上獲得了批量應(yīng)用，與用戶單位制訂了高強、高模鈦基復(fù)合材料的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。