日本創(chuàng)新性研究項目----高強(qiáng)度耐磨板的開發(fā)

  日本創(chuàng)新性研究項目以開發(fā)高強(qiáng)度耐磨板為目的。高強(qiáng)度耐磨板材料可應(yīng)用于輸送機(jī)械、工程機(jī)械、礦山等行業(yè),尤其是可實現(xiàn)交通工具的多材質(zhì)化。例如:鎂合金耐磨板可應(yīng)用于鐵道車輛;鋁合金耐磨板可應(yīng)用于航空機(jī)機(jī)身。這也是日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省10年研究項目之一。它由36家企業(yè)、一個獨(dú)立法人和一所大學(xué)共同成立了新結(jié)構(gòu)材料技術(shù)研究小組,再委托115所大學(xué)和作為獨(dú)立行政法人等的研究人員參與相關(guān)研究。

  根據(jù)車輛重量與CO2排放量的關(guān)系可知,到2020年左右歐美的汽車CO2排放量標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計將由目前的140g/km下降到95g/km,這就要求汽車必須實現(xiàn)輕量化。以車身減小100kg重量為例,1.3噸的汽車可減少CO2排放量為15g/km。為此,開始進(jìn)行了鋼鐵、鋁合金、鎂合金、鈦合金以及碳纖維強(qiáng)化塑料復(fù)合材料(CFRP)的開發(fā)。在該研究項目中,進(jìn)行開發(fā)的是熱可塑性樹脂,而不是航空用熱硬化性樹脂。纖維是使用短纖維,而不是連續(xù)纖維,它可有效應(yīng)對加工性和降低成本的挑戰(zhàn)。在不同的部位使用不同的開發(fā)耐磨板材料就是多材質(zhì)化的表現(xiàn)。歐美已經(jīng)率先進(jìn)行了一些開發(fā)。例如,在2015年巴黎汽車展上,法國雷諾公司推出的多材質(zhì)模型汽車在側(cè)梁和前梁使用高強(qiáng)度耐磨板材料,車門使用鋁合金耐磨板材料,車頂部使用鎂合金耐磨板,車底部使用玻璃纖維強(qiáng)化熱可塑性樹脂。寶馬公司已發(fā)售使用CFRP制作的電動汽車。各公司都在積極探索汽車多材質(zhì)化的發(fā)展趨勢。作為多材質(zhì)中最大的技術(shù)之一是各種材質(zhì)的焊接技術(shù)。為實現(xiàn)各種材料及1500MPa級高強(qiáng)度耐磨板的焊接,各公司都對摩擦攪拌焊接技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)。此時,耐磨性和抗彎剛性是重要的力學(xué)特性。

  但是,除了這些特性外,制作和使用時總的CO2排放量以及材料的成本都是重要的因素。如果考慮到良好加工性和結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)積累,那么可以說鋼鐵材料的優(yōu)勢并不是容易就被取代的。

  關(guān)于高強(qiáng)度、高延性的合金耐磨板,有3家鋼鐵公司進(jìn)行了開發(fā)。雖然利用輕元素強(qiáng)化晶界、控制奧氏體組織和高精度控制碳量是研究開發(fā)的中心,但解析評價技術(shù)也是很重要的,因此可以說利用中子射線或X射線,以及利用原子探針等對納米組織進(jìn)行觀察的技術(shù)已有很大的提高,而且納米生產(chǎn)技術(shù)本身已應(yīng)用于鋼鐵材料。可以預(yù)計將來還將對疊加材料的技術(shù)和使用激光焊接高強(qiáng)度耐磨板的技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。