中国是世界上最早研究和生产合金的国家之一，目前金属材料已经全面走进合金化，合金材料在国家经济建设中发挥着举足轻重的作用。为了全面普及合金方面的科普知识，了解合金材料在国家战略工程方面的作用，国家材料腐蚀与防护科学数据中心记者有幸采访到中南大学材料学院副院长李周教授。
李周教授
国家材料腐蚀与防护科学数据中心记者：合金材料在军工、电子、电工及汽车业等多个领域都发挥着举足轻重的作用，随着“一带一路”战略的推进，“十三五规划”的确立，国家经济建设在飞速发展，请您谈谈合金材料的应用在国家经济建设中的意义？
李教授：以高性能铜合金为例，是典型的结构功能一体化的材料、具有优异的导电、导热性能，合金化后可以对其强度、色彩等进行调控，其在高速轨道交通、大规模集成电路、海洋工程等领域具有着关键的作用。如高铁使用的高强高导接触网线、大功率异步牵引电动机，极大规模集成电路的引线框架、新能源用电解或压延铜箔，海水淡化、散热系统，导航控制器件等都必须使用高性能铜合金，其他如Ti合金、铝合金、高温合金等在航空航天、海洋工程等领域的使用也是不可替代的。
以超强耐蚀无磁铝合金材料为例，中国-欧空局研发的探测卫星要求剩磁≤2nT，非常苛刻，镶钢丝衬套埋置连接件（每颗卫星3000~8000个），结构重、容易滑脱或者断裂，且磁性强、可靠性差。卫星舱段接头原用钛合金，密度高、磁性高，需降磁减重惯性导航器件原用LY12铝合金磁化率高，不能满足新型号要求。针对不同型号的需求，中南大学材料学院张新民、尹登峰、朱耀明教授等历经30余年，探明抗磁元素、第二相及织构对铝合金磁化率的影响规律，揭示多尺度第二相、基体组织及其界面性能效应协同降低磁化率、提高强度和耐蚀性能的机理，构建了超强耐蚀无磁铝合金特征微结构模型，先后创制了三种低磁化率铝合金材料，成功应用于嫦娥工程、神舟系列飞船、长征系列运载火箭及多种卫星的关键构件，多次重大发射均获得圆满成功，为我国航天事业的发展做出了重大贡献！其应用净化了航天飞行器磁环境，提高了安全裕度和可靠性，使失效问题根本解决，实现相应构件大幅度减重；超强耐蚀无磁铝合金性能指标已达抗拉强度640~675MPa,屈服强度605~630 MPa，延伸率10~12%，抗应力腐蚀性能大于15 MPa?m1/2，磁化率在4.11×10-8 cm3/g以下，这些高综合性能指标对推进航天器关键结构的优化设计奠定了坚实的材料基础！
以高速轨道交通应用材料为例，中南大学材料科学与工程学院尹志明、汪明朴教授等在针对高铁列车超大功率异步牵引电机转子材料的高强、高韧、高导热、电阻率可调控的要求，提出高性能铜合金多尺度、多维度设计与制备理论框架，揭示了合金化元素在铜合金中的存在形式及其对合金服役过程中组织结构演变的影响规律，探明了合金的析出行为、相变贯序和析出相特征，成功研制出超大功率异步牵引电机转子铜合金材料，获认国家重点新产品，为国产1700KW以上提供了关键部件（产品照片如下）：
以镁合金材料为例，材料学院刘楚明、王日初、余坤教授等，开展了镁合金的应用研究。镁合金是目前可用的最轻的金属结构材料，其密度为1.7-1.9 g/cm3，约为铝合金的70%， 钢的20%， 钛合金的30%。用镁合金替代传统的铝/钛合金可以有效降低飞行器的重量，提高其机动性能，降低燃料消耗，扩大作战半径。近年来中南大学自主研发了AQ80M， VW64M新型变形镁合金材料，并成功应用于相关武器装备。
研制的500 mm×500 mm×0.2 mm规格的水激活电池用镁阳极材料组装成镁/氯化亚铜电池组，单体电池激活时间为2~5 s，此时间内工作电压可达1.3 V，析氢量小于0.015ml/（cm2·min），可取代国外进口的大功率水激活电池用镁阳极材料，成功应用于××海水动力电源。
在新型无镉材料体系设计、制备及应用方面，材料学院易丹青请教授等成功设计开发了低成本无镉钎料、无镉银基触头、无镉PVC热稳定剂等5大类26种具有自主知识产权的无镉材料。 发明了气浮式增压内氧化技术、烧结热成型一体化技术、全固体硫源反应硫化技术等无镉新材料关键制备技术和装备。
再说说我们团队和洛铜一起研发的弥散强化铜合金，通过新的合金成分设计，固-气二次还原零烧氢膨胀Cu-Al2O3合金制备技术的突破，制备的合金已成功用于“神八”、“神九”、“神十”的陀螺仪上，实现了与“天宫一号”的成功对接。
总之，合金材料按其使用功能大致可以分为结构材料和功能材料，不管是功能材料还是结构材料特别是高性能的合金材料在国家经济建设中具有着举足轻重、不可或缺的作用。
国家材料腐蚀与防护科学数据中心记者：在第二届海洋大会中，您主讲的报告《海洋工程用超高强耐磨铜合金的腐蚀行为》，请您谈谈一些合金材料在防腐蚀工程领域应用状况？
李教授：随着海洋工程的发展，材料的腐蚀与防护工作越来越重要。例如我们团队正在研究的超高强、高耐蚀、自润滑铜合金，主要应用对象大船高负载轴承、海洋石油钻探用套管等。必须在耐蚀的前提下，拥有优异的综合性能。同时我们在耐蚀铜合金的合金设计、成品表面处理方面（指物理处理方面）也做了大量的研究工作，特别是成品材料的物理表面处理，有时候对其腐蚀性能有着非常重要的影响。以铝和铜合金为例进行简单的描述：
铝合金的应用
（1）船、集装箱用铝合金
目前国内各种中、小型高速船舶，如高速巡逻船、缉私船、高速客船、高速穿浪双体船及高速小水线面双体船、气垫船等，其上层建筑、主船体结构均采用铝合金材料。铝集装箱制造业始于欧美，到了20世纪80年代中期，其制造中心向韩国和中国转移。目前，全世界每年需要10万多个TEU，一个TEU为一个20英尺（6096mm）的标准集装箱，其中中国有8万多个TEU的生产能力。一般一个TEU需要使用铝型材500kg和铝板材300kg左右，每年供需铝材8万吨以上。集装箱用铝合金型材所使用的铝合金主要有6061、6082、6351、6005、6063和6060等，其中6061和6082合金占90%以上，亚洲、美洲箱型主要用6061合金，而欧洲箱型主要用6082合金。
（2）钻杆用铝合金
目前，俄罗斯Aquatic公司已批量生产达世界领先水平的高可靠性铝合金钻杆并大量出口，外径从64~170mm共11个尺寸系列的铝合金钻杆，主要为3个铝合金牌号产品。美国的Alcoa公司于2009年用2014航空铝材和专门开发的C405铝合金作为钻杆材料，美国Alcoa公司已开发了外径为101mm、114mm、127mm、140mm、149mm和168mm等6种规格的铝合金钻杆。为了推动铝合金石油钻杆的国产化，我国在铝合金钻杆国际标准的基础上，制定、并正式发布了中华人民共和国国家标准《石油天然气工业铝合金钻杆》。中南大学的刘志义教授在这一领域做了大量的研究工作，取得了实质性的进展。
（3）铝合金液化天然气船用铝合金
铝合金液化天然气（LiquefiedNaturalGas，缩写为LNG）运输船以及LNG贮罐在国内外获得广泛的使用，所用的材料为5083、6063、6061等铝合金，部分为不锈钢和铜合金。1970年代，挪威MossRosenberg公司研发的Moss球罐是LNG船的关键技术。Moss球罐本质上是铝罐，主要采用的是5083-O铝合金。一艘Moss型LNG船大约需要2800～3100t的5083铝合金厚板，Moss球罐使用的板厚为30~60mm，环球中部达170mm。
铜合金的应用
军用舰船及海洋运输舰船包括航母、巡洋舰、驱逐舰、潜艇、核动力潜艇、货轮、油轮、客轮等，使用铜及铜合金的主要部件有：船壳体，电力导线、通讯线缆、海水管路和阀门热交换器、冷凝器、加热器、螺旋浆等，船壳：船壳的耐蚀与海洋生物生长是亟待解决的重要课题，目前船用涂料中铜是重要的添加元素。为解决海洋生物附着问题，美国曾试验包覆铜合金的船壳，这些“铜船”投入运行之后，彻底防止了海洋生物附着的问题，提高了船速，节省了燃料的消耗，各种喷涂铜合金的方案也在试验中。军用舰船为防止磁性鱼雷的攻击，在船壳上设置铜质线圈进行去磁是十分有效的。
海水管路与阀门： BFe10-1-1合金海底阀门防海洋生物附着，防堵塞效果明显。在海水管路中柔性联结也很普遍，称为波纹管，这种管材通常是用铜带材焊接后液压成型，联结法兰一般由高强度青铜板材制作（如QAL14-8-3-2青铜）。
主冷凝器和辅冷凝器通常为管式热交接器，冷凝器的冷凝管材包括：紫铜、黄铜、白铜，军用舰船多为BFe10-1-1、BFe30-1-1等白铜管材，固定冷凝管的管板多为H70-1AB（锡黄铜）和H77-2（铝黄铜）等热轧板，重要舰船则选用白铜板（BFe30-1-1）。
海洋工程是指除舰船以外的海洋设施，主要有海水淡化、海盐生产、海水养殖、海上石油开采、海滨电站等。海水淡化在淡水资源日益紧张的情况下更显重要，在多级内蒸海水淡化装置中铜合金冷凝管是关健材料。在盐水加热器、回收后蒸发器中多选用HAl77-2、BFe10-1-1等合金管，管板也多为HAl77-2、BFe10-1-1等合金。
国家材料腐蚀与防护科学数据中心记者：中南大学材料学院拥有材料科学与工程国家一级重点学科，您作为中南大学材料学院副院长，长期从事铜合金材料的研究，请给我们分享一下，您印象深刻的印象深刻的案例或者是研发经历？
李教授：我们研究的一种拟用于造币使用的金色高抗变色铜合金带材、要求材料金色度高、在SO2、H2S、人工汗液、盐雾和高温湿热环境的下的看点色能力都要优于现有的造币材料，同时合金的硬度要适中，便于压印。进行完工程化试验后，带材和坯饼都制备出来了，而且性能满足设计要求时，新得问题又出现了，作为造币材料必须能够实现机读防伪，因而又要重新设计。上述问题解决后，新的问题又出来了，那就是，造币带压印前要进行化学光饰处理，现有的10%硫酸根部不能起到作用，因此，要设计新的光饰剂。这一研究经历说明了系统设计的重要性。
通过和（沈阳）中国印钞造币总公司沈阳造币技术研究所以及中铝洛铜合作共同研究，揭示了合金元素对铜合金色泽、抗变色性和机读防伪信号的作用机理，发明了高抗变色金色铜合金及其产业化制备技术。
国家材料腐蚀与防护科学数据中心记者：与国际相比，中国的合金材料在应用和研发方面存在哪些不足？谈谈您的看法和建议？
李教授：我认为主要存在六个方面的不足：①材料的自主品种和牌号少；②高性能合金产品的综合性能普遍低于同类进口产品；③大规格产品生产能力差；④加工过程环境污染大，资源浪费严重；⑤自主高端装备技术缺乏，落后产能高；⑥ 对产品的后续处理如表面处理重视不够。建议：从基础→重大关键技术→产业化技术集成→应用示范，进行全链条设计，一体化组织实施，推进导体材料重点产业的结构调整与产业升级，通过材料的设计开发、制造流程及工艺过程优化和装备智能化、国产化等的重点突破，实现导体材料产品的高性能和高附加值、绿色高效低碳生产，将碎片的技术，有机整合，形成系统化的集成技术体系，建立完备的知识产权和标准体系，提升整体竞争力，建立自主创新体系。
人物简介
李周，中南大学材料学院副院长，教授，博士生导师，中国材料研究学会青年委员会第五-七届理事会理事，中国贵金属学会副主任委员，湖南省“121”工程人才人选。研究方向：纳米弥散强化铜合金、形状记忆合金，耐蚀铜合金和难熔金属微波电子材料。
作为项目负责人近5年承担科研项目有国防基础研究子项目1项，湖南省自然科学基金项目1项，国际铜业协会项目1项（第1名）。此外，作为主要成员承担科研项目有国家民口工配套2项，“863”1项。结合上述科研课题，发表论文30余篇（SCI、EI检索20余篇），参编专著2部，申报国家发明专利2项（第1名1项，第2名1项）；结合上述科研课题，培养和指导硕士生5人，指导的研究生一人获湖南省第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
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