有色金屬新材料是國民經(jīng)濟(jì)、人民日常生活及國防工業(yè)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)材料和重要的戰(zhàn)略物資。按《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》,有色金屬新材料可主要被劃分為先進(jìn)基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料及前沿新材料3類。先進(jìn)基礎(chǔ)材料主要包括高性能鋁合金、高性能銅合金、鎂合金、鈦及鈦合金、稀有難熔金屬材料、貴金屬等;關(guān)鍵戰(zhàn)略材料主要包括高溫合金稀有金屬防護(hù)涂層材料、高純鉭靶材、平面顯示用高純鉬管靶等;前沿新材料主要包括3D打印材料、超導(dǎo)材料、液態(tài)金屬等,廣泛用于航空航天、軌道交通、新一代信息技術(shù)、海工船舶、新能源等領(lǐng)域。具體情況詳見表1所示。
1、我國有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問題
新材料是保障中國制造實(shí)現(xiàn)由大變強(qiáng)的重要基礎(chǔ),“材料先行”已形成業(yè)界共識(shí)。目前,我國新材料產(chǎn)業(yè)體系已初步形成,產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大,總產(chǎn)值由2010年的0.65萬億元快速增長至2017年的3.1萬億元,2018年更是增長至4.3萬億元,年均增速超過25%。
根據(jù)國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)編著的《中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》(2017),參考主要有色金屬原材料市場價(jià)格,2017年我國高性能有色金屬新材料市場規(guī)模已突破1.9萬億元,占新材料市場總規(guī)模的一半以上,表明有色金屬新材料在國家新材料產(chǎn)業(yè)乃至工業(yè)領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。雖然我國現(xiàn)已成為世界有色金屬新材料生產(chǎn)加工大國,但距離有色金屬新材料生產(chǎn)加工技術(shù)強(qiáng)國尚有一定差距。
盡管我國近些年來有色金屬材料產(chǎn)業(yè)有了長足的發(fā)展,仍存在高端產(chǎn)品比例低,產(chǎn)品質(zhì)量有待提高的問題。第一,有色金屬新材料在產(chǎn)業(yè)體系中所占比例不高。如新能源汽車的需求帶動(dòng)了有色金屬鈷、鋰等新材料的發(fā)展;軌道交通和汽車用鋁的產(chǎn)量和用量持續(xù)增長,進(jìn)一步促進(jìn)了高端運(yùn)輸鋁材的應(yīng)用。然而,新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換總體緩慢。第二,有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)原始創(chuàng)新少,基礎(chǔ)共性關(guān)鍵技術(shù)、精深加工技術(shù)和用技術(shù)研發(fā)不足。例如,鋁加工幾百個(gè)常用牌號(hào),中國自己研發(fā)的卻廖廖無幾;萬噸擠壓機(jī)等先進(jìn)設(shè)備,雖然能制造,但關(guān)鍵控制設(shè)備還需要進(jìn)口。第三,產(chǎn)品質(zhì)量的一致性較差,均勻性、穩(wěn)定性不足,高精尖產(chǎn)品少。例如,大飛機(jī)用鋁合金預(yù)拉伸厚板和鋁合金蒙皮板、乘用車鋁面板等尚不能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn);電子級(jí)12英寸硅單晶拋光片、部分大直徑超高純金屬靶材、寬禁帶半導(dǎo)體單晶拋光片、航空醫(yī)療領(lǐng)域高端鈦產(chǎn)品、部分高端銅鋁板帶箔材等仍依賴進(jìn)口。
針對于我國有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)整體“大而不強(qiáng)”、自主創(chuàng)新力不足的問題,我國政府機(jī)構(gòu)、有色金屬上下游企業(yè)、科研機(jī)構(gòu),立足有色金屬全產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新全鏈條設(shè)計(jì),大力開展基礎(chǔ)研究、核心關(guān)鍵制造技術(shù)攻關(guān)、高精尖新品的研制和工程化應(yīng)用技術(shù)的開發(fā),著力滿足我國航空航天、軌道交通輕量化制造與節(jié)能減排、海洋工程與重大裝備制造、高端功能元器件制造等緊迫需求,促進(jìn)有色金屬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向高端高附加值方向轉(zhuǎn)型,帶動(dòng)有色金屬全行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級(jí),并逐步實(shí)現(xiàn)一些重要應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵產(chǎn)品材料的升級(jí)換代及國產(chǎn)替代。如:先進(jìn)半導(dǎo)體材料領(lǐng)域,近年隨著國家對先進(jìn)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的政策和資金支持和下游向國內(nèi)的加速轉(zhuǎn)移以及部分材料的技術(shù)積累儲(chǔ)備,目前在高純金屬靶材、第3代半導(dǎo)體等領(lǐng)域都有所突破,開始切入國內(nèi)外主流芯片客戶,啟動(dòng)材料的國產(chǎn)替代進(jìn)程;新能源汽車對鋰電池續(xù)航能力的要求,催生了電池材料從鉛酸體系、到磷酸鐵鋰電體系、到鎳鈷錳三元體系、到以后可能發(fā)展的固態(tài)電池體系的不斷更新升級(jí);汽車輕量化趨勢,即是解決油耗、排放和車輛大型化需求之間矛盾的重要方法,輕量化技術(shù)從材料出發(fā),將汽車質(zhì)量占比最高的“車身+底盤”由鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殇X合金材質(zhì),催生了鋁合金材料的需求發(fā)展。
2、我國有色金屬新材料材料測試評(píng)價(jià)現(xiàn)狀及問題
測試評(píng)價(jià)是衡量材料性能、應(yīng)用效果和使用價(jià)值的關(guān)鍵手段,各項(xiàng)指標(biāo)反映了材料的應(yīng)用價(jià)值。與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝相關(guān)聯(lián)的材料特征指標(biāo),是新材料及其下游應(yīng)用制造業(yè)之間的重要紐帶。材料特征指標(biāo)的測試評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)結(jié)果是銜接上下游需求、加速新材料應(yīng)用的重要載體和溝通手段。有色金屬新材料的特征指標(biāo)應(yīng)滿足應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的要求,可為材料生產(chǎn)制造、工藝參數(shù)正確選擇提供依據(jù),以期求得最經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì),生產(chǎn)出品質(zhì)高、質(zhì)量輕、壽命長、安全可靠的零部件和產(chǎn)品。
我國有色金屬新材料產(chǎn)品質(zhì)量不高,很大程度上歸因于我國測試評(píng)價(jià)能力不足,難以支撐有色金屬材料的升級(jí)換代、跨越式發(fā)展。我國材料測試評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)通常只具備化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測試、組織結(jié)構(gòu)表征等基礎(chǔ)性分析測試能力,傳統(tǒng)測試評(píng)價(jià)方法往往從單一指標(biāo)出發(fā),更多關(guān)注材料自身性能。隨著裝備制造、電子信息等下游領(lǐng)域集成性、交叉性不斷提高,“測不準(zhǔn)”的問題時(shí)有發(fā)生,難以滿足綜合性能測試、服役性能評(píng)價(jià)、工程化應(yīng)用考核等各類需求。據(jù)《2017年中國認(rèn)證認(rèn)可檢驗(yàn)檢測統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示,2017年我國材料測試評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)數(shù)量約1100家,實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入51.49億元,平均每家實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入476.76萬元。雖然我國材料測試評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)眾多,但是有色金屬材料測試服務(wù)業(yè)依然面臨著快速發(fā)展中難以逾越的鴻溝,如從業(yè)機(jī)構(gòu)多而不精、大而不強(qiáng),核心競爭能力即材料測試評(píng)價(jià)能力尚不能支撐新材料產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展等。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。
一是有色金屬綜合測試評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)的權(quán)威性不夠。
缺少有效覆蓋有色金屬全生命周期的測試評(píng)價(jià)能力的機(jī)構(gòu),對有色金屬新材料的研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用需要測試技術(shù)的支撐不足;國際互動(dòng)合作、數(shù)據(jù)比對、學(xué)術(shù)交流,以及與國際機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)互認(rèn)水平不高。
二是有色金屬分析測試評(píng)價(jià)共性關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系不夠完善。
產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)不足,有色金屬新材料的測試方法、失效分析關(guān)鍵技術(shù)、環(huán)境試驗(yàn)與壽命評(píng)價(jià)技術(shù)、模擬仿真分
析一體化技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)等有待進(jìn)一步突破;需進(jìn)一步聯(lián)合有色金屬行業(yè)內(nèi)企業(yè)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì),建設(shè)有色金屬新材料標(biāo)準(zhǔn)信息庫,引導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè),制修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),為產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)提供共性技術(shù)支撐。
三是有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)資源整合不夠。
標(biāo)準(zhǔn)方面,分級(jí)管理不夠;方法研究方面,在原材料生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)之間未形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系;專家和設(shè)備資源整合不足,未得到充分作用;數(shù)據(jù)散落在應(yīng)用和制造企業(yè)內(nèi)部,未得到充分整合利用。
四是有色金屬測試服務(wù)產(chǎn)業(yè)市場服務(wù)能力不足。
現(xiàn)有測試服務(wù)機(jī)構(gòu)的服務(wù)區(qū)域范圍有限,市場推廣能力不足,已有的服務(wù)能力得不到充分發(fā)揮,部分高端儀器設(shè)備長期閑置,材料生產(chǎn)應(yīng)用企業(yè)卻找不到權(quán)威的檢測機(jī)構(gòu)。
3、有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)體系發(fā)展趨勢
有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)貫穿于有色金屬新材料的全生產(chǎn)過程、全生命周期,通過基礎(chǔ)分析測試技術(shù)、工程應(yīng)用考核評(píng)價(jià)技術(shù),借助現(xiàn)代分析測試手段,可獲取有色金屬新材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、物理及力學(xué)性能信息,進(jìn)而揭示材料服役性能和壽命表現(xiàn)。先進(jìn)基礎(chǔ)有色金屬新材料通常屬于性能優(yōu)異、量大面廣且“一材多用”的新材料,對國民經(jīng)濟(jì)、國防軍工建設(shè)起著基礎(chǔ)支撐和保障作用。測試評(píng)價(jià)多面向生產(chǎn)和應(yīng)用過程,如常規(guī)環(huán)境試驗(yàn)、失效分析與可靠性測試、批次穩(wěn)定性、環(huán)境友好性、材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累等。關(guān)鍵戰(zhàn)略有色金屬新材料通常屬于多品種、小批量且有戰(zhàn)略需求的新材料,是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。測試評(píng)價(jià)多來源于應(yīng)用過程映射的評(píng)價(jià)需求,如關(guān)鍵理化參數(shù)、關(guān)鍵力學(xué)性能、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)、質(zhì)量一致性、工藝性參數(shù)等,亟需針對大型構(gòu)件無損檢測、環(huán)境友好性評(píng)價(jià)、非標(biāo)環(huán)境試驗(yàn)、考核驗(yàn)證與失效分析、材料應(yīng)用數(shù)據(jù)積累開展數(shù)據(jù)庫建設(shè)、數(shù)據(jù)分析和挖掘。前沿有色金屬新材料通常屬于尚在研發(fā)中,具備潛在或可以預(yù)見的優(yōu)異性能,代表了未來材料的發(fā)展方向。測試評(píng)價(jià)需求多來源于研發(fā)過程的需求,如化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、功能性、材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累等。
有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)結(jié)果是開展產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過建立完善的有色金屬新材料全生命周期測試評(píng)價(jià)及認(rèn)證體系,開展綜合測試評(píng)價(jià)、產(chǎn)品認(rèn)證/質(zhì)量分級(jí)、技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)和技術(shù)咨詢等公共服務(wù),系統(tǒng)分析存在于有色金屬新材料全生產(chǎn)過程、全生命周期的測試評(píng)價(jià)數(shù)據(jù),確保產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)的精準(zhǔn)度和高效能,有利于解決有色金屬新材料產(chǎn)品一致性和可靠性問題,更利于促進(jìn)有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展對我國有色金屬材料的測試評(píng)價(jià)提出了更高、更新的綜合要求:一方面,隨著有色金屬新材料種類的增加,對分析測試的儀器裝備、測試方法與標(biāo)準(zhǔn)不斷提出了新的要求;另一方面,裝備制造、新能源、生物醫(yī)藥等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ猩饘傩虏牧戏垡笤絹碓礁?,需要搭建面向工程化?yīng)用考核評(píng)價(jià)裝置,同時(shí)還需要開展有色金屬新材料在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的失效分析、環(huán)境試驗(yàn)與壽命評(píng)價(jià)、模擬仿真等綜合評(píng)價(jià)技術(shù)的研究,建設(shè)貫穿于研究、生產(chǎn)及應(yīng)用全過程的有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)體系意義重大。
綜上所述,為了滿足有色金屬新材料的研究開發(fā)、生產(chǎn)制造、應(yīng)用服役全過程對測試評(píng)價(jià)技術(shù)和公共服務(wù)的需求,需要從測試評(píng)價(jià)能力、服役評(píng)價(jià)能力、共性技術(shù)開發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)化能力、產(chǎn)業(yè)化服務(wù)能力等4個(gè)方面建設(shè)和完善我國有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)體系,助力我國新材料產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量快速發(fā)展。
4、國家新材料測試評(píng)價(jià)平臺(tái)——有色金屬材料行業(yè)中心
2019年10月10日,國標(biāo)(北京)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司中標(biāo)“國家新材料測試評(píng)價(jià)平臺(tái)-有色金屬材料行業(yè)中心”項(xiàng)目。該項(xiàng)目系2019年國家新材料測試評(píng)價(jià)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目,招標(biāo)編號(hào)為TC190H3ZW/2,項(xiàng)目總投資預(yù)算為15252.56萬元,其中獲批復(fù)中央財(cái)政資金(部門預(yù)算)4570萬元。
有色金屬材料行業(yè)中心建設(shè)聚焦《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》,通過深入研究有色金屬新材料關(guān)鍵測試評(píng)價(jià)指標(biāo)覆蓋全面性與專用測試能力先進(jìn)性問題,解決重點(diǎn)有色金屬新材料的綜合測試評(píng)價(jià)技術(shù),突破有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)關(guān)鍵共性技術(shù),實(shí)現(xiàn)有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)技術(shù)能力提升;通過新購和自主研發(fā)一批設(shè)備填平補(bǔ)齊儀器裝備能力,完善和豐富測試評(píng)價(jià)參數(shù),測試裝備能力達(dá)到國際先進(jìn)水平;加大人才培養(yǎng)和人才引進(jìn)力度,通過技術(shù)研發(fā)、人員培訓(xùn)、技術(shù)交流,實(shí)現(xiàn)人才隊(duì)伍國際一流,重點(diǎn)解決我國有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)能力弱、水平低的問題;通過創(chuàng)新合作機(jī)制,充分利用現(xiàn)有資源,避免重復(fù)建設(shè),發(fā)揮各合作單位的優(yōu)勢,重點(diǎn)解決我國有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)資源分散、數(shù)據(jù)無法共享的問題,實(shí)現(xiàn)設(shè)備、專家資源共享;增強(qiáng)國際合作與交流,實(shí)現(xiàn)有色金屬材料檢驗(yàn)認(rèn)證國際互認(rèn);搭建互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),提高設(shè)備、專家、人才、服務(wù)能力的資源利用效率;借助國家新材料測試評(píng)價(jià)平臺(tái)主中心的信息化平臺(tái),提升對外服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)窗口和業(yè)務(wù)能力,充分發(fā)揮數(shù)據(jù)分析、材料計(jì)算服務(wù)能力;全面支撐有色金屬新材料基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化的統(tǒng)籌銜接,形成上中下游協(xié)同創(chuàng)新的發(fā)展環(huán)境,降低新材料研發(fā)成本,縮短新材料研發(fā)周期,快速推進(jìn)新材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,提升有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)支撐能力,助力有色金屬新材料測試評(píng)價(jià)能力達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。
有色金屬材料行業(yè)中心將通過提升服務(wù)能力和技術(shù)水平,打造有色金屬行業(yè)分析測試第一品牌,將中心發(fā)展成為認(rèn)可度高、權(quán)威性強(qiáng)、有效支撐有色材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的測試認(rèn)證機(jī)構(gòu),滿足有色金屬材料研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用中對測試評(píng)價(jià)技術(shù)及精確度的需求,支撐中國制造實(shí)現(xiàn)由大變強(qiáng),實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國偉大戰(zhàn)略。
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