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中(zhong)国网财经4月2日讯(记者李春晖)铝(lu)合金具有低密度、易加工、可回收、原料资源丰(feng)富等特点，20世纪中(zhong)期以来，高(gao)强铝(lu)合金一直是全世界航空航天飞行器(qi)结构件制造的首选(xuan)材料，也是各国新材料研(yan)发的必争之地。但是我国在这(zhe)一领域起步晚、基础薄弱(ruo)，长期处(chu)于跟踪研(yan)仿，没有产品定价权、经济效益差。

如今，这(zhe)一局面(mian)被彻底打破。中(zhong)国有研(yan)科技集团有限公(gong)司(简称“中(zhong)国有研(yan)”)率先工业化开发出全新一代高(gao)强铝(lu)合金——高(gao)镁轻强铝(lu)，已获得国内国际发明专利授权，从而使我国在这(zhe)一领域迈(mai)入了世界领先行列(lie)。

从跟跑到并跑，再到“唯我独有”，中(zhong)国有研(yan)走过了哪些心路历程？近日，中(zhong)国网财经记者跟随国资委新闻中(zhong)心组(zu)织的“走进(jin)新国企·科技创新主(zhu)力军”调研(yan)活动，实地探访中(zhong)国有研(yan)所属有色金属结构材料全国重(zhong)点实验室，听研(yan)发人(ren)员讲述这(zhe)一路走来的热忱与坚守。

从零基础开始追赶

世界航空航天飞行器(qi)用高(gao)强铝(lu)合金材料研(yan)发从20世纪30年代起步，前50年各国专注于提高(gao)铝(lu)合金的刚度、强度、抗腐蚀和耐损(sun)伤等可靠(kao)性，后50年聚(ju)焦于飞行器(qi)的燃料节约和有效装(zhuang)载提升，要求铝(lu)合金结构件自身进(jin)一步减重(zhong)。

到21世纪初，美国、德国、法国分别发展了第四代7xxx系(xi)高(gao)强铝(lu)合金，具有高(gao)强韧-低淬火(huo)敏感性特征，用于超大规格结构件制造，支撑了结构件整体化设(she)计减重(zhong)。

但在同一时期，我国仅能生(sheng)产第一代、第二代7xxx系(xi)高(gao)强铝(lu)合金，且品种规格不全。“国外上世纪70年代能干的事情(qing)，我们到21世纪初还不会干。那时候我们的基础非常薄弱(ruo)。”中(zhong)国有研(yan)科技委副(fu)主(zhu)任、有色金属结构材料全国重(zhong)点实验室主(zhu)任熊柏青回忆。

两个代际的差距(ju)，使“追赶”成(cheng)为我国研(yan)发人(ren)员的迫切(qie)任务(wu)。从2000年开始，中(zhong)国有研(yan)开始与大型企业联合攻关，用了10年时间，全面(mian)掌(zhang)握了第三代7xxx系(xi)高(gao)强铝(lu)合金的工业化成(cheng)套制造技术，并实现了对第一代、第二代7xxx系(xi)铝(lu)合金工业化技术的补充完善。

第二个10年，中(zhong)国有研(yan)向第四代7xxx系(xi)高(gao)强铝(lu)合金材料发起“冲锋”。

“第四代的难(nan)点在于不仅要攻关制造工艺，还必须避开国外的成(cheng)分专利保护。”熊柏青回忆，当时西方国家对第四代7xxx系(xi)高(gao)强铝(lu)合金的专利保护堪(kan)称“天罗(luo)地网”，“上百条权利要求，覆盖了能够(gou)形成(cheng)第四代7xxx系(xi)高(gao)强铝(lu)合金的所有方面(mian)的要素，成(cheng)分范围、工艺范围等等全部(bu)包括。”

有三年多的时间，熊柏青一直与国外专利“死磕(ke)”，天天抱着国外专利琢磨，生(sheng)生(sheng)把(ba)自己从一名科研(yan)专家“磨”成(cheng)了知识产权法律专家。终于，中(zhong)国有研(yan)找到了突破口，打破了国外在材料技术和知识产权的双重(zhong)垄断，使国产第四代7xxx系(xi)高(gao)强铝(lu)合金实现产业化、填补了国内空白，有力支撑了国产大飞机(ji)研(yan)制和发展。

“非用不可、唯我独有”

经过新世纪以来20年的快速发展，中(zhong)国的高(gao)强铝(lu)合金技术和产品、生(sheng)产企业和产业规模已能够(gou)与西方国家并驾齐驱(qu)。但是在2020年以后，全世界航空航天飞行器(qi)用高(gao)强铝(lu)合金的发展似乎(hu)都进(jin)入到瓶颈阶段。

“若继续按照当前已知的路径发展(7xxx系(xi)/2xxx系(xi)IA1-Li系(xi))，则成(cheng)本越来越高(gao)、用途越来越窄、与碳纤维复合材料竞(jing)争越来越被动。”熊柏青称，当时国际上还没有一种综合性能优(you)异、减重(zhong)效果显著、成(cheng)本低廉、适合大批量生(sheng)产的新一代高(gao)强铝(lu)合金材料。中(zhong)国和其他国家一样，都走到了技术“无人(ren)区”。

亲历了中(zhong)国航空航天飞行器(qi)用高(gao)强铝(lu)合金材料20多年来的发展，熊柏青对于中(zhong)国企业一路追赶的“苦”深(shen)有感触。“国内企业长期处(chu)于跟踪研(yan)仿，产品缺乏定价权。一旦中(zhong)国攻关成(cheng)功，国际同行就大幅降价，企业没有尝到经济效益的‘甜头’。”

这(zhe)样的经历让他萌生(sheng)出一种想(xiang)法：“我们能不能跳出国际上现有的高(gao)强铝(lu)合金材料体系(xi)，开展原始创新？我们能不能率先开发出更轻、更强，性能更优(you)异的新一代高(gao)强铝(lu)合金？”

从终端需求来看，结构轻量化是航空航天飞行器(qi)的永恒发展方向。大型客机(ji)机(ji)体结构每减重(zhong)1kg，每年可节约2000美元运(yun)营成(cheng)本；运(yun)载火(huo)箭结构减重(zhong)1kg，可减少2万美元发射成(cheng)本；弹道导弹末级结构减重(zhong)1kg，可增加射程15-20km。

在这(zhe)一需求引导下，熊柏青把(ba)目光落在了镁。镁是铝(lu)合金中(zhong)的主(zhu)要合金元素之一、也是中(zhong)国的优(you)势资源，密度仅为1.74g/m³，铝(lu)合金中(zhong)每增加1wt%镁、密度可下降接近0.5%，对于减重(zhong)非常有利。

但是在现有体系(xi)的铝(lu)合金之中(zhong)，镁的添加量存在技术上限。一旦超出添加上限，将严重(zhong)恶化铝(lu)合金的综合性能。

突破镁的添加上限，打造出高(gao)镁含量的新一代高(gao)强铝(lu)合金材料，成(cheng)为中(zhong)国有研(yan)新的攻关方向。

“十四五(wu)”以来，中(zhong)国有研(yan)通过理论计算+实验验证(zheng)，突破镁元素在铝(lu)基体中(zhong)的室温(wen)固溶(rong)度极限，原创开发出低密度-高(gao)强高(gao)韧-高(gao)镁含量铝(lu)合金——又称“高(gao)镁轻强铝(lu)”，与第三代和第四代7xxx系(xi)高(gao)强铝(lu)合金相比，高(gao)镁轻强铝(lu)具有更佳(jia)的综合性能匹配，而密度却降低了5-10%！

在前期实验室基础研(yan)究十分充分基础上，2023年在大型企业现场，工业化试制出了第一批高(gao)镁轻强铝(lu)预(yu)拉伸厚板、挤压型材、自由锻件。

中(zhong)国有研(yan)在大型企业现场工业化试制出的高(gao)镁轻强铝(lu)大规格铸锭(中(zhong)国有研(yan)供(gong)图)

“高(gao)镁轻强铝(lu)”还打出了一场知识产权“翻身仗”。它的中(zhong)国发明专利已获授权、国际PCT发明专利已获公(gong)告——权利要求全面(mian)覆盖了新型合金成(cheng)分范围和制备加工工艺参数范围，可有效防止侵权仿制，不仅使我国跳出了长期跟踪研(yan)仿西方国家7xxx系(xi)、2xxx系(xi)、Al-Li系(xi)高(gao)强铝(lu)合金技术和产品的传统发展路径，而且使我国在国际上率先给自己的高(gao)强铝(lu)合金产品技术撑起了知识产权保护伞。

与所有的7xxx系(xi)、2xxx系(xi)、第三/四代Al-Li系(xi)铝(lu)合金相比，“高(gao)镁轻强铝(lu)”更轻、能够(gou)获得更佳(jia)的结构件设(she)计减重(zhong)效果，并且有望实现一种合金成(cheng)分+不同的热处(chu)理状态，即可获得多个2xxx系(xi)和7xxx系(xi)铝(lu)合金的性能——达到“一材多用”，有潜力成(cheng)为航空航天应(ying)用领域的主(zhu)干铝(lu)合金材料。

从最初的“望其项背”追赶，到如今的世界领先，回顾这(zhe)一路走来的历程，熊柏青表示(shi)，科研(yan)人(ren)员一定要有永不服输、勇攀高(gao)峰(feng)的精(jing)神。材料领域的技术创新，一定要做到“非用不可、唯我独有”，这(zhe)样才能真正抢占未来先机(ji)。

当前，中(zhong)国有研(yan)正在按照中(zhong)国航空航天飞行器(qi)和高(gao)铁列(lie)车制造企业等提出的要求，提供(gong)典型规格的预(yu)拉伸厚板、挤压型材、锻件等工业化试制产品，开展典型件加工和综合考核验证(zheng)，力争“十五(wu)五(wu)”期间实现全面(mian)装(zhuang)机(ji)应(ying)用。

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