掌信檢測：鋁鋰合金國產化已在路上

「航空航天領域超輕量化的金屬材料——鋁鋰合金，我們國家一直被美國全方位封鎖和限制，特別是軍用飛機、運載火箭、航天飛行器等國防領域應用的鋁鋰合金對中國是禁運的。」日前，中南大學教授、航天結構專家、湖南中創空天新材料股份有限公司（以下簡稱「中創空天」）總經理黃誠告訴筆者，「唯一開放、能夠少量進口的渠道，就是民用飛機——國產客機Ｃ919機體採用的鋁鋰合金材料，但也面臨著被美國斷供的風險。」
受限於此，即使不久前發射了天問一號火星探測器的新一代長徵五號運載火箭，也沒能用上鋁鋰合金材料，無奈退而求其次，採用主流的鋁銅合金，導致運載能力一直捉襟見肘。
無米難為炊。沒有材料做基礎，後續的結構件的製造就難以成炊，這對於航空航天軍用裝備來說是最致命的。
目前，我國雖然已經製造出芯級直徑為5米的火箭，但是還沒有10米直徑的重型運載火箭結構件製造能力；把「卡脖子」的鋁鋰合金材料用到10米直徑的重型運載火箭結構上，並且實現超大直徑結構的形性協同製造，高水平高可靠地降低箭體重量，可以大幅度提升進入空間的能力。
此項「卡脖子」技術難題，湖南正在勇挑重擔，有望在3年內打破國際壟斷

探究：製造大國
產業鏈裡的又一短板
鋁是地球上含量最豐富的金屬元素，高於鐵，具有質量輕、比強度高、耐腐蝕、易循環再回收利用的優勢，鋁及鋁材被廣泛應用於航空航天、國防軍工以及國民經濟的各個領域。近年來，我國鋁及鋁材的製造已經迅速發展成為世界第一大製造國。
然而，深入探究，當下，國內的鋁合金材料行業正上演著冰火兩重天的怪象：一方面，中低端的鋁合金材料加工如火如荼，產能普遍過剩；另一方面，部分高技術含量、高精度、高質量的鋁合金嚴重依賴進口，甚至被歐美主要的生產廠商壟斷。
對此，中南大學教授、輕合金材料專家黃元春分析指出，由於中國鋁工業起步較晚，技術相對落後，且自主創新力不足，新合金研發基本是跟蹤國外產品，加上國外對關鍵技術進行封鎖，導致我國中低端鋁材產品充斥市場，多種鋁材過剩；同時，對於航空航天、國防軍工、交通運輸等領域的高端鋁材仍處於不穩定生產或者成品率低的狀態，甚至部分鋁材還不能製造，尤其在超大規格的2XXX系、7XXX系高端鋁材的高綜合性能製造技術方面長期處於瓶頸。
民用領域，汽車用的高端鋁合金板，高鐵、地鐵的列車車體用的高端鋁合金材料，絕大部分都依賴進口。裝備製造供應鏈上遊的材料短板也在產業企業界取得了共識。8月21日召開的湖南省屬國有資本布局優化和結構調整座談會上，中車株洲電力機車有限公司副總經理、財務總監熊銳華，中國鐵建重工集團股份有限公司黨委副書記、執行董事賀勇軍等都不約而同地提出了裝備製造業核心零部件的短板問題，建議政府加強支持核心零部件的研製和產業發展。
值得注意的是，國家統計局在2018年11月公布的《戰略性新興產業分類》2018版，新增了新型鋁合金製造、高品質鋁鑄件、鋁鍛件和鋁型材製造類目。高端的鋁合金新材料短板，被國家上升到了更高的高度。

追溯：鋁鋰合金
為何備受美歐國家器重和封鎖
鋰是自然界最輕的金屬元素，研究表明，在鋁合金中每加入1%的鋰，可使鋁合金密度降低3%，模量提高6%。與傳統航天通用的高性能2系、7系鋁合金相比，鋁鋰合金具有質量更輕，模量更高，更易實現航天裝備的高可靠、輕量化製造。
數據顯示，航天運載器每減輕1kg，其發射費用可節省約2萬美元。上世紀90年代，美國太空梭超輕貯箱使用2195鋁鋰合金替代2219合金實現減重3.4噸，可以使發射成本節省6800萬美元，按照當時的匯率計算，相當於節約了至少5.5億元。
因此，針對在航空航天、軌道交通、船舶運輸等應用領域的急迫減重需求領域，鋁鋰合金的應用能夠帶來相當可觀的經濟效益。
「輕質、高比強度、高比剛度，就憑這些優點，所有的交通運輸都推崇這個材料。」黃元春一語中的，此外，鋁鋰合金具有卓越的抗腐蝕性能和耐疲勞特性，又利於延長設備的使用壽命。
作為目前世界上最先進的鋁合金材料，鋁鋰合金已經發展到了第四代。然而，由於鋰元素特有的化學活性高、密度低等物理性質，導致鋁鋰合金從成分設計、熔鑄、塑性成形到熱處理，各個環節的加工難度和技術複雜性都遠遠大於其它鋁合金材料。全球目前只有5家企業可以生產鋁鋰合金：美鋁、俄鋁、法鋁、加鋁和中鋁。
中國中鋁旗下西南鋁業擁有國內唯一的一條鋁鋰合金生產試驗線，但仍面臨著成品率低、製造成本極高的尷尬，且不能實現批量化穩定生產。
進入2000年以後，中南大學科研攻關突破了2195鋁鋰合金成形技術，性能達到國際標準。經過10多年的發展，目前我國2195鋁鋰合金的製造技術已經基本成熟，但要完全追趕上美歐國家，還需要一個工程化產業化的過程。

科研土壤：湖南加速培育
高端鋁合金新材料產業鏈
筆者看到，在嶽陽城陵磯新港區，中創空天新材料產業化基地建設項目，一條鋁鋰合金生產線正在緊鑼密鼓的組建，按照進度，預計明年9月正式投產。
這條高科技含量的生產線承載著全國的期待。鋁鋰合金一旦在湖南實現規模化生產，我國高端裝備製造產業供應鏈上，高品質、高性能鋁合金材料及構件製造被「卡脖子」的歷史將告終結，製造成本也將直線下降，為產業結構升級以及節能減排創造更高的經濟效益。
湖南不僅有工程機械、軌道交通裝備、中小航空發動機等製造業硬科技的實力，還有著發展高端鋁合金新材料的科研土壤。
近年來，以鍾掘院士科研團隊為首，中南大學輕合金研究所在輕合金領域的科研能力基本達到了國際一流水平，特別是對鋁、鎂、鈦等輕合金材料製造全過程的研究，形成了新型高性能輕合金材料設計技術、高效熔體淨化技術、超聲波均質鑄錠鑄造技術、新型鋁鋰合金熔鑄技術、大型材料構件一體化製造技術與熱處理技術等百餘項核心專利與技術群。
中創空天新材料產業化基地建設項目正是融合了政府、高校、科研院所與企業多方智慧與力量的結晶。
2019年底，在湖南省委軍民融合辦、省國資委、嶽陽市政府、中南大學、航天科技集團一院、湖南高新創業投資集團有限公司等協同支持下，以混合所有制方式，共同發起設立中創空天，致力於解決高端鋁合金材料及構件製造技術「卡脖子」問題，同時促進民用高端裝備製造產業鏈轉型升級。

疫情考驗：今年年底正常投產
剛剛問世的中創空天，就面臨著2020年新冠肺炎疫情的考驗。中創空天一方面積極與嶽陽市政府對接，嚴抓各項防疫要求；另一方面，在保障所有員工各類防疫物資的情況下，工程建設、市場開拓、技術準備、運營管理等各線於2月10日正式全面開工。防疫與生產齊頭並進，中創空天是嶽陽地區首個開工的重點建設項目，並確保了疫情期間的「零感染」。
「上半年堅持克服了疫情帶來的不利影響，確保今年計劃目標任務如期完成。」黃誠介紹，目前，整個產業化基地建設的速度非常快，800多畝地，廠房建設有條不紊。項目一期把超大規格的2XXX系、7XXX系鋁材製造技術瓶頸的突破和工程化作為生產經營的主要目標之一。正在建設的5條生產線，包括自主構建高性能鋁合金熔鑄、大型鍛壓件與環筒件、大型高精度薄壁件、大規格複雜斷面擠壓型材等智能化生產線，將從今年年底到2021年7月分批陸續投產。
其中，高性能（2XXX系、7XXX系）鋁合金鑄錠生產線，可生產鑄錠最大直徑1.4米，為航空航天超大型構建提供原材料。
高性能大型複雜斷面型材生產線，可實現高品質鑄錠均熱處理、模具精確控溫加熱與型材高精度高性能熱處理，所配套精整設備能夠實現擠壓成形鋁型材的牽引、淬火、冷卻、傳送、拉伸、切割、檢驗等，主要生產2XXX系、7XXX系鋁合金型材，用於高品質航空航天、軍工產品以及高端民用產品。
鋁鋰合金鑄錠生產線，可生產鋁鋰合金扁錠規格500mm(厚)×1600mm(寬)和圓錠規格Φ500mm(直徑)以上，年產量可達7000噸，為航空航天高端裝備用高比強度、高比剛度的先進鋁鋰合金材料及構件製造提供有力支撐。
值得一提的是，針對傳統鋁加工企業和空天裝備製造企業供需長期脫節、材料加工周期長、構件品質難保證、供貨能力不穩定等問題，中創空天以鍾掘院士提出的「空天裝備流變製造科學與工程」為核心原理，在全球率先創新材料加工與構件製造一體化模式，促進空天裝備製造產業鏈與鋁合金加工產業鏈交叉融合。
幕後機制：協同創新生態保障
技術產業化高質量落地
讓人不解和好奇的是，是什麼力量驅動著新生的中創空天跨過新冠肺炎疫情阻力，保持快速高效運轉？
「我們前期籌備過程中也在不斷的思考，如何讓中創空天做到科研團隊和企業的深度融合？」中創空天董事長劉敬東坦言，改革開放40多年以來，產學研一體化模式探索的先例很多，高端技術科研產業化過程中不乏成功的案例，但更多的是失敗，很多項目最後都變成了鏡花水月。
對於中創空天，湖南高新創業投資集團有限公司在頂層設計過程中，發揮了重要作用。
高新創投主要從三個方面建立責任共擔與成果共享的協作機制，構建協同創新生態。
第一，完全比照混合所有制，考慮研發團隊個人的股權結合。中創空天以國有資本牽頭，集合智慧財產權資本與社會資本力量創建了股權多元化的混合所有制：其中，湖南高新創業投資集團有限公司佔股35%，湖南城陵磯臨港新區開發投資有限公司持股15%，中南大學資產經營有限公司持股6%，鍾掘院士創新團隊持股14%，核心管理團隊持股5%。
「這個項目應該說是完全實現了科研團隊和企業的深度融合，甚至是完全融合，充分調動擁有智慧財產權的技術團隊的積極性，保證軍民兩用技術紮實高效轉化。」劉敬東說。
第二，與一流機構、一流技術及一流團隊合作。中創空天有機結合了鍾掘院士團隊世界一流技術儲備、中南大學國家級科研創新平臺、湖南唯一的省級國有創投機構以及中國航天科技集團等高端市場需求。
第三，對標國內上市公司優秀企業模式，建立現代企業管理體系，管理指標參照科創板標準實施。資本是逐利的，該項目擬總投資67億元，分兩期建設，總體達產後年產值將達到100億元。按照測算，中創空天從現在運行到第3年也就是2022年左右基本能達到盈虧平衡。
今年上半年，尚在建設期的中創空天就獲得了國家開發銀行以及工農中建四大國有銀行共計近30億元授信。
隨著高端鋁合金新材料軍民兩用製造技術的補齊，湖南的製造業產業鏈進一步延長。以此為根基，未來，我們國家的深空探測、登月工程的結構材料將迎來一個很大的躍進。高鐵、地鐵、汽車、輪船等國民經濟各個領域的升級換代進程也將加速實現，從而創造更大的經濟效益和環保效應。