首钢北冶公司实现层状金属复合材料国产化

首钢北冶公司实施的《层状金属复合材料关键技术及产业化研究》项目,成功研发出50多个新产品,助力5G手机、新能源汽车和航空航天等产业的发展,打破国外技术垄断,实现了关键金属材料国产化。近日,在首钢科技与管理创新会议上,此项目被评首钢科学技术一等奖。

随着现代工业快速发展,单一材料已无法满足高性能应用需求,从而催生了层状复合材料的快速发展。层状金属复合材料是将两种或两种以上的金属材料通过某种方法结合在一起而形成的一种高性能复合材料,其整体的强度、硬度、导电、导热、耐磨和耐高温等性能均得到很大提高,在新能源汽车、5G通讯、航空航天、节能环保等领域有广泛应用。

过去,国内层状金属复合设备主要依赖国外进口,技术受制于人,且存在设备引进投资大、成本高,运行适应周期长、宽度受限等问题,北京北冶功能材料有限公司开展的层状金属复合材料关键技术及产业化的研究,对打破国外相关领域技术封锁、提高材料生产效率、实现高端产品进口替代,对促进国民经济增长和社会发展均具有重要意义。

为了打破国外层状金属复合材料技术垄断,北冶公司从2014年1月起研究决定采用自主研发、合作开发的技术方案,在复合轧机装备方面,建起配套的宽幅带材室温固相复合生产线,历经几年攻关,最终于2019年6月取得成功。《层状金属复合材料关键技术及产业化研究》项目是北冶公司发展战略部署的一项重要内容,从立项策划到实施落地等全过程都得到了公司的高度重视。项目主要负责人、北冶公司材料研究所副所长张荣,回忆研发过程中时表示,在没有可供参考的资料、国外对复合轧机设计技术严密封锁的种种阻碍下,项目组设备人员刻苦钻研,反复讨论修改轧机设计方案,为保证轧制力足够大,设计了独特的四辊传动方式,通过支承辊、工作辊之间合理的辊径配比和同时传动,保证了轧机的轧制能力,这在国内同类型复合轧机中为首例;在轧机稳固性设计方面,针对四辊大扭矩传动方式,通过工程设计计算,匹配了适用于低速大扭矩传动的电机,并对传动轴、轧机牌坊等关键部件进行了精确设计,确保了轧机的高精度和大的承载能力。

经过不懈努力,轧制设备得到了解决,但项目工艺技术攻关又是一道坎。界面结合牢固,是层状金属复合材料的关键。材料宽度越宽,结合难度越大,材料复合过程中对坯料表面状态、轧制力、轧辊润滑状态、轧制速度等要求及其匹配要求越高。北冶公司在研发初期,材料分层问题频频出现。对此,项目团队迎难而上,通过上万组试验数据检测、分析,找到了造成材料分层的关键因素,最终掌握了复合材料复合生产的关键技术,确保了复合材料的牢固结合,继而完成了项目全部研究内容,并建立了一条宽幅的层状金属复合材料生产线,全面实现层状金属复合材料的国产化和产业化。

与此同时,北冶公司还自主研发了首台350mm宽幅带材室温固相复合轧机,掌握了宽幅层状金属复合材料装备设计制造、复合材料设计、工艺加工制造等关键技术,搭建了一个从装备、技术、人才与产品开发的金属功能复合材料设计、制造的平台,实现了层状金属复合轧机国产化。其中,《三层多品种金属冷复合轧机装备与工艺研究》获得中国有色金属工业科学技术奖一等奖。

目前,北冶公司成功开发生产层状金属复合材料达50多个新产品,包括新能源汽车锂电池连接片材料、集成电路引线框架材料、5G手机散热板与中板材料、真空玻璃支撑物材料以及特种行业应用材料等。据统计,北冶公司2016—2019年累计销售各类复合材料4500多吨,成为新的经济增长点。