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在“双碳”战略深入推动与新能源汽车产业快速地发展的双重驱动下,汽车轻量化已成为提升能效、降低能耗的核心路径,而高性能铝合金材料是实现这一目标的关键支撑。依托丰富的稀土资源禀赋与铝产业集群基础,内蒙古主动把握产业变革机遇,推动铝产业从低端制造迈向高的附加价值,成功在汽车轻量化赛道抢占先机。
内蒙古已探明稀土资源储量,占全国总量的83.7%,其中轻稀土资源占比较大,重稀土资源占比较少。当前铝合金改性多依赖 Sc、Er 等重稀土元素,虽改性效果出众,但价格高昂且多用于军工领域,难以在民用汽车产业中普及。且传统 Al-Ti-B 晶粒细化剂在应用中易出现内部TiB2 聚集沉淀以及Cr 和 Zr 等元素 “中毒” 现象,导致细化效果衰退甚至完全失效,严重制约了车用铝合金性能的稳定性。
针对这一行业痛点,中国科学院物理研究所与内蒙古工业大学发挥产学研协同创新优势,联合开展“低成本混合稀土强化车用铝合金研发”攻关项目,以“低成本 + 高性能”为核心目标,创新采用富铈稀土与 Al-Ti-B 复合改性技术,不仅有效抑制了传统 Al-Ti-B 中间合金的细化“衰退” 问题,更破解了长期以来车用铝合金性能提升与成本控制之间的矛盾,为汽车轻量化提供 “内蒙古方案”。
2023年9月起,科研团队以车用6061铝合金为研究对象,构建 “成分设计优化-成形工艺控制-组织性能调控” 全链条研发体系,通过低成本成分设计、复合稀土铝合金变形及热处理工艺优化,成功制备出低成本高性能车用稀土铝合金材料,其机械性能较原6061合金提升31.9%。
“传统车用6061铝合金虽应用广泛,但单一稀土强化易出现强度—塑性倒置,且 Sc、Er 等重稀土成本高、规模化应用难。”项目负责人、内蒙古工业大学教授杜赵新介绍道,该项目聚焦的富铈稀土成本仅为重稀土的1/5,且能与 Al-Ti-B 形成“熔体净化-晶界钉扎-抗细化衰退”协同机制,是实现资源优势向技术优势转化的关键。
科研团队逐步优化挤压后合金的热处理工艺,通过系统研究固溶时效组合对组织与性能的影响,明显提升车用铝合金的性能,从微观层面增强材料强度与韧性,最终实现合金综合性能的跨越式提升。随着汽车车身结构件材料的性能提升,可以轻松又有效提升汽车的安全防护水平、改善汽车操控与动力表现、推动汽车生产的基本工艺革新,降低行业成本。
“项目研究成果‘富铈稀土与 Al-Ti-B 复合改性技术’,已与自治区多家汽车零部件生产厂商建立深度合作。”杜赵新说,该技术对接新能源汽车需求,联合企业将稀土铝合金加工成防撞梁、电池托盘等高的附加价值零部件并进行推广应用,推动铝合金产业链从原材料供应向高的附加价值的汽车零部件制造延伸,带动内蒙古铝产业体系升级。
当前,新能源汽车领域的铝合金用量占比逐步提升,车用铝合金材料的一体化成为未来发展的趋势。该项目的实施,对低成本高性能车用稀土铝合金的研发提供了关键技术支撑,成功突破车用铝合金轻量化进程中的核心技术瓶颈,有效将内蒙古丰富的稀土资源优势转化为产业优势。
下一步,科研团队将持续整合京蒙两地资源优势,聚焦材料加工领域的更深层次探索,着力开发更多适配汽车高端制造需求的稀土铝合金产品,优化材料性能、降低生产所带来的成本,强化项目研究成果的技术壁垒,围绕稀土与铝加工的融合技术展开攻关,形成对稀土依赖程度高、难以替代的核心技术体系,进一步巩固产业竞争优势。
