軌道交通、數(shù)據(jù)中心、新能源：處處商機(jī)
基礎(chǔ)理論、制備工藝、舊瓶頸：快快突破
本報(bào)實(shí)習(xí)記者 趙萍
“美國(guó)宇航員在從月球表層帶回來(lái)的土壤中發(fā)現(xiàn)，30億年前月球火山爆發(fā)時(shí)形成的非晶態(tài)玻璃球還穩(wěn)定存在。這表明非晶材料可以穩(wěn)定存在億萬(wàn)年。”這是3月25日在由中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)非晶合金材料應(yīng)用分會(huì)主辦的非晶合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢(shì)研討會(huì)上傳出的消息，再次展示了非晶材料的強(qiáng)大與神奇。
2020年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生重大變化，經(jīng)受住新冠肺炎疫情等帶來(lái)的一系列挑戰(zhàn)，我國(guó)非晶合金產(chǎn)業(yè)當(dāng)前進(jìn)入新發(fā)展階段?；诖耍蔷Ш辖甬a(chǎn)業(yè)相關(guān)科研單位、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的專(zhuān)家、代表齊聚一堂，就非晶合金新技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展新市場(chǎng)新態(tài)勢(shì)等進(jìn)行分享，展開(kāi)研討，共謀非晶合金產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。
析自身 道出發(fā)展新機(jī)遇
非晶合金是全生命周期的節(jié)能材料，在制造、應(yīng)用、回收等方面具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)。會(huì)議報(bào)告介紹，在制造節(jié)能方面，非晶材料制造流程短，溫室氣體排放量少，依據(jù)《中華人民共和國(guó)認(rèn)證認(rèn)可行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于《低碳產(chǎn)品評(píng)價(jià)方法與要求-三相配電變壓器》（RB/T 017-2019)中的碳排放因子數(shù)據(jù)測(cè)算，每生產(chǎn)1噸非晶材料要比硅鋼片少排放730千克二氧化碳，同時(shí)非晶帶材在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生三廢（廢水、廢氣、固廢）物質(zhì)13種，數(shù)量較少。在應(yīng)用節(jié)能方面，以400千伏安油浸式變壓器為例，掛網(wǎng)30年后非晶變壓器將較硅鋼變壓器節(jié)約總電量37843千瓦時(shí)，可減排二氧化碳37.7噸。在回收節(jié)能方面，回收的廢舊非晶鐵芯直接通過(guò)中頻爐重熔后制成非晶帶材，無(wú)需添加金屬元素硅、硼，可避免主要材料的浪費(fèi)。
作為節(jié)能材料，非晶材料在國(guó)家碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)下機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存?！皣?guó)家‘30·60目標(biāo)’給非晶合金產(chǎn)業(yè)提出了很多新課題和新挑戰(zhàn)。”中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)郭振巖在致辭中特別指出。與會(huì)專(zhuān)家、企業(yè)代表也在報(bào)告中不約而同地提到了這一話題?！盀閷?shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，幾乎所有行業(yè)面臨‘加’（碳中和任務(wù)下的新增需求）和‘減’（供給收縮和結(jié)構(gòu)調(diào)整）的變化?！北本┖娇蘸教齑髮W(xué)教授單光存介紹，新材料等便屬于有新增需求的行業(yè)。他特別指出，達(dá)成碳中和目標(biāo)將促進(jìn)鐵基非晶帶材在變壓器鐵芯和新能源汽車(chē)新型電機(jī)上的應(yīng)用。
在國(guó)家大力支持的新基建中，非晶合金需求明顯，發(fā)展前景廣闊。青島云路總工程師楊東介紹，在軌道交通建設(shè)上，如按地鐵一條線約使用非晶材料250噸、全國(guó)每年建設(shè)40條～60條線路來(lái)測(cè)算，年可新增非晶鐵芯使用量達(dá)1萬(wàn)噸～1.5萬(wàn)噸。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)上，未來(lái)數(shù)據(jù)中心用電量占全社會(huì)總用電量的比例越來(lái)越高，將從2018年的2.2%增長(zhǎng)到2025年的4.1%，預(yù)計(jì)2019年～2025年，數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量增加270萬(wàn)臺(tái)，規(guī)模約達(dá)到500萬(wàn)臺(tái)，那么，每年將新增變壓器容量約2000萬(wàn)千伏安，則意味著需要8000臺(tái)2500千伏安的變壓器，若全部更換為非晶材料，預(yù)計(jì)變壓器用非晶軟磁材料年新增需求量3.2萬(wàn)噸。在新能源發(fā)電上，非晶材料同樣有著不小的需求量。此外，中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)非晶合金材料應(yīng)用分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)張華在會(huì)上透露，在商務(wù)部與泰國(guó)方面的商務(wù)對(duì)接中，泰方根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況會(huì)對(duì)非晶材料有相關(guān)需求。
非晶合金作為空間材料也有著不可估量的發(fā)展?jié)摿ΑＶ锌圃涸菏?、物理所研究員汪衛(wèi)華在通過(guò)遠(yuǎn)程視頻做報(bào)告時(shí)介紹，太空環(huán)境的微重力、超低溫、溫差大、強(qiáng)輻射、空間碎片/隕石撞擊、原子氧腐蝕等特性帶來(lái)了獨(dú)特的空間環(huán)境挑戰(zhàn)，對(duì)作為所有空間活動(dòng)和空間技術(shù)基礎(chǔ)的空間材料提出了更高要求。他表示，非晶合金在太空環(huán)境下具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，如具有抗輻照能力、耐腐蝕性能好等，在多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景可發(fā)揮重要作用。
話不足 明晰發(fā)展新路徑
與會(huì)非晶材料專(zhuān)家、企業(yè)代表在研判非晶產(chǎn)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢(shì)的同時(shí)，立足當(dāng)下，直面難題，反思局限，謀劃未來(lái)，針對(duì)當(dāng)前問(wèn)題提出了新觀點(diǎn)、新思維，針對(duì)技術(shù)瓶頸提出了新建議、新路徑。
從現(xiàn)有制備工藝來(lái)看，當(dāng)前需在充分發(fā)揮非晶材料最大優(yōu)勢(shì)上下功夫?！皻堄鄳?yīng)力會(huì)影響鐵基非晶合金涂層抗腐蝕性能?！睎|北石油大學(xué)教授王勇在報(bào)告中指出，在進(jìn)行熱噴涂時(shí)，涂層厚度、顆粒速率與基體熱膨脹系數(shù)的差異，形成大量殘余應(yīng)力，引起涂層內(nèi)部裂紋，降低結(jié)合強(qiáng)度，鐵基非晶合金涂層因此出現(xiàn)斷裂、翹曲、剝離等失效現(xiàn)象?！皽p小或消除殘余應(yīng)力，可以提高涂層抗腐蝕性能，對(duì)非晶涂層失效防護(hù)具有重要意義?！彼f(shuō)道。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，需繼續(xù)加強(qiáng)非晶材料基礎(chǔ)理論研究以突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸。針對(duì)非晶軟磁器件在變壓器、電機(jī)等大功率器件只顯示空載節(jié)能優(yōu)勢(shì)，未顯示高磁導(dǎo)率高效能優(yōu)勢(shì)等的技術(shù)瓶頸，浙江師范大學(xué)教授方永樟指出，究其根本，是受限于低分辨和靜態(tài)觀測(cè)等研究手段落后，使雙相結(jié)構(gòu)理論研究困難重重，應(yīng)力敏感機(jī)理不明，亟需下大力氣突破基礎(chǔ)研究技術(shù)瓶頸。
同時(shí)，為突破非晶合金領(lǐng)域“卡脖子”難題——GFA（非晶形成能力），汪衛(wèi)華介紹了松山湖材料實(shí)驗(yàn)室非晶材料團(tuán)隊(duì)的未來(lái)規(guī)劃之一：該團(tuán)隊(duì)將從控制非晶形成能力等基本要素特性及內(nèi)在關(guān)聯(lián)、建立高效探索強(qiáng)GFA合金體系方法、大尺寸非晶合金制造中材料結(jié)構(gòu)與性能演化規(guī)律三方面尋求突破，研發(fā)性能更優(yōu)異的新一代非晶材料，探索非晶合金在關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用。汪衛(wèi)華的介紹一結(jié)束，會(huì)場(chǎng)瞬間士氣大振，與會(huì)專(zhuān)家、企業(yè)代表一致稱(chēng)贊。
此外，從國(guó)外發(fā)展來(lái)看，我國(guó)非晶合金應(yīng)用領(lǐng)域還有待大力拓展。中科院院士、南京大學(xué)教授都有為在介紹非晶軟磁材料時(shí)特別指出，自旋芯片是各類(lèi)MRAM（磁隨機(jī)儲(chǔ)存器）的統(tǒng)稱(chēng)，主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域，應(yīng)用非晶軟磁材料的自旋芯片具有非易失性、抗輻射性、高集成度、高運(yùn)算速度、低功耗、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，目前國(guó)外已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，而國(guó)內(nèi)相對(duì)比較落后。由此可見(jiàn)，非晶合金產(chǎn)業(yè)尚有廣闊發(fā)展空間，未來(lái)可期。
“非晶合金材料還是小眾，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用范圍還不大?！睍?huì)后，張華告訴《中國(guó)冶金報(bào)》記者，2021年，非晶合金材料應(yīng)用分會(huì)將重點(diǎn)在非晶電機(jī)、非晶粉末及涂層標(biāo)準(zhǔn)制定方面進(jìn)行專(zhuān)題研討，同時(shí)還將邀請(qǐng)行業(yè)專(zhuān)家、企業(yè)代表等對(duì)非晶立體卷變壓器設(shè)計(jì)、設(shè)備與制造工藝、非晶合金絲及傳感器的應(yīng)用等熱點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行研討和交流，多角度、多領(lǐng)域推動(dòng)非晶合金產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
《中國(guó)冶金報(bào)》（2021年3月31日 03版三版）
