金属材料发展现状及展望

金属材料发展现状及展望

金属材料和社会、经济以及各种科学活动有着重大的影响和强大的动力，人类社会发展到今天，和金属材料的获得和研发都密不可分。随着现代社会的飞速发展，各种工业发展已经得到了强有力的推进，然而金属的替代品也在不断研发出，金属材料当前的发展现状和未来的前景需要有明确的认识。本文针对此进行精了简要的叙述和分析。

一、前言

社会的发展需要能源、信息和材料供应。而材料供应根据其特殊的材料可以分为金属材料、非金属材料等，金属材料是人类历史发展到现在为止最重要的材料。从古代打铁工艺、金子、银子等的制作和推广，金属材料都占据着人们的生活。金属材料根据其特点具有韧度高、硬度强度大等特点，而且金属材料容易获得，且不少金属制作简易。随着现代金属工艺的发展和推广、科学技术的发展壮大，金属材料在机械制作、国防领域、工业、农业、电子信息等行业，都有明显的性价比优势和广阔的发展前景市场。

二、金属材料当前发展现状

（一）钢铁材料发展现状

钢铁是整个国民紧急发展的基础，各种大楼的兴建、各种器材的使用、汽车等工业的发展都离不开钢铁工业的发展。随着整个国民经济的发展和科技的进步，不锈钢工艺的不断提升，钢铁工业的发展，应当以不锈钢工艺为主要的发展方向，不锈钢是在常温或者其他特殊条件下，利用钢铁内部的特点能够生成钢材不生锈的情况，但当前不锈钢的发展工艺依然成本过高，可以推测不久的常来，不锈钢的工艺能取得更快的发展。

此外，钢铁材料的发展也带动着新需求和新技术的不断出现，特别是在航空航天、能源工业等都出现更多的需求。这些需求带动着更多新技术、新工艺的产生和发展。例如：当前较为流行的钢铁工艺为超纯净钢生产工艺。随着钢铁工艺技术的发展和生产设备的更新和发展。钢铁材料也从大体积生产逐渐转化成为小钢铁、微钢铁工艺的生产和开发。

为了实现上述的钢铁材料的需求，钢铁材料工艺可以预见将会采用更多新兴

工艺方式来发展，例如：铁水预处理、全自动转炉吹炼、二次精炼、保护浇注和无缺陷连铸等重大新工艺技术等。总而言之，高性能、高精度连轧工艺技术轧钢工艺的发展就是围绕着整个“三高”的技术发展。

1.高性能：通过采用控轧控冷（又称形变热机械处理）工艺，控制钢材的组织结构，提高钢材的性能，特别是强度、韧性指标；

2.高精度：除了精确控制轧材的尺寸精度外，进一步减小长型材的椭圆度和提高板材的板形控制精度及表面质量；

3.高效率：包括进一步提高连轧机的轧制速度和轧机作业率，大幅度提高连轧机组的生产效率。

（二）有色金属材料发展现状

有色金属材料主要是指有色金属材料，即指铁、铬、锰三种金属以外的所有金属。而随着近代有色金属科学技术的发展获得巨大的发展，有限金属材料已经从高能耗逐渐发展到性能高、精度高、能耗低的发展方向。我国有色金属材料行业已经从多年发展，无论从规模上还是从研发的品种上都已经具备了一定整体实力的工业体系。而随着电信、电力、电子等行业的发展壮大，对有色金属材料的需求将会越来越高，无论从有色金属的强度、硬度、韧度、刚度、耐高温、耐低温等性能指标都提出了更多更高的要求。未来的有色金属发展应当会遵循发展微型化、颗粒化、以及机械合金化、表面处理技术等方向进行更快的发展。

从有色金属的化学属性可以知道，大量的有色金属很容易在空气中和氧气发生氧化现象、和污染的空气、电化学等作用下发生破坏或者损耗，此种行为我们一般称为金属材料的腐蚀。要降低有色金属的腐蚀程度，保证金属材料的稳定和安全，防护金属材料在特殊环境下能够正常工作等，有色金属的抗腐蚀性，将会成为研究人们的重点与核心。同时由于有色金属在其发展当中具有一定的稳定性和传递性。因此通讯、电子行业当中，有色金属应当成为电子电力工业的主要研究方向。

随着我国对于有色金属工业发展的重视，有色金属工艺的发展与改革都在不断的提升，近年来，我国有色金属的发展已经成为了各种重大研究和发展项目之一。据冶金行业统计，2012年，我国有色金属产业呈平稳较快增长态势。2012年铜、铝、铅锌、钛、黄金、镍等十种有色金属总产量将近4000万t。其中规模以上有色金属企业实现主营业务收入30000亿元左右。

（三）特种金属材料的发展现状

在金属材料未来的发展中，特殊金属材料也是一个重点。特种金属材料是一种新型的发展。特种金属材料的研究主要是根据经适当的热处理后即具有回复形状的能力，这种材料被称为形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称为SMA），这种能力亦称为形状记忆效（Shape Memory Effect，简称为SME）。通常，SMA 低温时因外加应力产生塑性变形，温度升高后，克服塑性变形回复到所记忆的形状。研究表明，很多合金材料都具有SME，但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的，才具有利用价值。到目前为止，应用得最多的是NiTi合金和铜基合金（CuZnAl和CuAlNi）。

特种金属材料至今为止已经研究、开发出十几种记忆合金体系。包括Ag-Cd、Au-Cd、Cu-A1-Ni、Cu-A1-Be、Cu-Au-zn、Cu-Sn、Cu-zn、Cu-Zn-x（x=Si、Sn、Al、Ga）、In-Ti、Ni-Al、Ti-Ni、Fe-Pt、Fe-Pd、Mn-Cu、Ti-Ni-Nb、Ti-Ni-x（x=Hf、Pd、Pt、Au、zr）、Ni-Mn-Ga、Ni-A1-Mn、Ni-Co-Al、Co-Mn、Co-M、Co-Ni-Ga、和Fe-Mn-Si等。他们已经广泛应用到了开关电源、脉冲变压器、磁头、电源变压器、磁放大器、电感器、焊料、漏电保护器、磁屏蔽、传感器、电机、机器零件、设备面材等方面。

1.机械电气产品中的应用

形状记忆合金作为低温配合连接件在飞机的液压系统中及体积较小的石油、石化、电力工业产品中应用。2.宇航工业中的应用

在美国，太空计划应用形状记忆合金的驱动插销释放发射后的有效载荷，也已证实是成功的。脆性插销用在预压气缸中，当形状恢复时引起有凹口的插销断裂，它比常规的爆炸释放装置要安全得多。

3.卫生医疗中的应用

在医学上TiNi合金应用较广的有口腔牙齿矫形丝，外科中用的各种矫形棒、骨连接器、血管夹、凝血滤器等。近年来在血管扩张元件中也应用了TiNi形状记忆合金。

现在人们正致力于“大块非晶”合金的研究和开发，并在非晶形成的机理方面取得了长足的进步：认识到非晶形成的临界条件不完全是冷却速率本身，而是取决于下冷液达到亚稳态的程度（可用过冷度ATx表征），过冷度的大小衡量了非晶的形成能力，它与构成合金的组成有关。根据这一观点，只要合理地配制合金，就可以用相对较低的冷却速率铸造出具有较强形成能力的大块非晶合金。