2月2日从国家能源局获悉，国家能源局在京召开全国“十三五”能源规划专题论证会。国家发展改革委副主任、国家能源局局长努尔。白克力主持会议并讲话。中国工程院院士倪维斗主持专家讨论。会议期间，来自能源、经济、环保等领域的多位专家围绕新常态下能源发展的主要目标、发展思路、供给侧改革、新能源消纳、过剩产能化解、系统效率提升、天然气消费市场培育等问题开展了充分讨论，各位专家群策群力，广开言路，最终形成了对“十三五”能源规划有关重大问题专家论证意见。

　　十三五能源规划编制进入冲刺阶段，哪些材料将备受青睐呢？小编归纳整理六大材料领域：功能材料、非晶/纳米晶材料、粉末冶金材料、焊接材料、超硬材料、高速工具材料。

　　一、功能材料

　　功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球欧诺个一段新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。我国高技术（863）计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。

　　高温超导材料制备与应用技术

　　稀土功能材料

　　新型能量转换材料与技术（能源材料）

　　生物医用材料

　　绿色奥运工程材料与技术

　　分辨离膜材料与技术（海水、氯碱膜）

　　印刷（制版、感光）、显示（ OLED）材料

　　高新技术改造传统产业技术

　　当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。

　　二、非晶/纳米晶材料

　　“非晶纳米晶”是对“非晶纳米晶原子抗菌技术”的简称，是由日本东北大学和北京航空航天大学基于航天应用共同研发的最新科研成果，是一种最新的航天抗菌材料技术。该技术在多个国家申请了专利技术。

　　“非晶纳米晶”是对一种新型材料原子排列结构状态的描述，该状态的金属及合金的原子处于高能量的极限状态，其原子能够逸出表面，产生具有杀菌活性的高能量原子及原子团（这些原子团大小仅为普通细菌和真菌的十几万分之一），可迅速进入病菌细胞内核，破坏细菌的DNA结构、阻止其遗传物质的复制的模式达到杀菌和抑菌效果。经中国科学院理化技术研究所抗菌材料检测中心的检测报告显示，该类材料杀菌有效率高达99.9%，特有的原理、功效及片状构造突破了传统的药物杀菌范畴。

　　非晶纳米晶材料主要在航空航天领域使用，主要用作宇航员宇航服材料技术，用于应对外太空可能出现的各种不利环境，保护宇航员不受外界病菌侵害。

　　三、粉末冶金材料

　　粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。

　　粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金过程，和字面吻合。而粉末冶金制品则常远远超出材料和冶金的范畴，往往是跨多学科（材料和冶金，机械和力学等）的技术。尤其现代金属粉末3D打印[1-2]  ，集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，使得粉末冶金制品技术成为跨更多学科的现代综合技术。

　　粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。

　　（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。

　　（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。

　　（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。

　　（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。

　　（5）可以实现近净形成和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。

　　（6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。

　　我们常见的机加工刀具，五金磨具，很多就是粉末冶金技术制造的。

　　粉末冶金相关企业主要是适用于汽车行业、装备制造业、金属行业、航空航天、军事工业、仪器仪表、五金工具、电子家电等领域的零配件生产和研究，相关原料、辅料生产，各类粉末制备设备、烧结设备制造。产品包括轴承、齿轮、硬质合金刀具、模具、摩擦制品等等。军工企业中，重型的武器装备如穿甲弹，鱼雷等，飞机坦克等刹车副均需采用粉末冶金技术生产。粉末冶金汽车零件近年来已成为为中国粉末冶金行业最大的市场，约50%的汽车零部件为粉末冶金零部件。

　　（1）应用：（汽车、摩托车、纺织机械、工业缝纫机、电动工具、五金工具。电器。工程机械等）各种粉末冶金（铁铜基）零件。

　　（2）分类：粉末冶金多孔材料、粉末冶金减摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金结构零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金电磁材料和粉末冶金高温材料等。

　　四、焊接材料

　　焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称，例如焊条、焊丝、金属粉末、焊剂、气体等。焊接行业发展迅速，主要分为氩焊、CO2焊接、氧切割、电焊。

　　《2013-2017年中国焊接材料行业产销需求与投资预测分析报告》显示，2010年我国钢材表观消费量约为7.7亿吨，我国焊材消费量与钢材消费量的比约为0.6%左右，由此可知，2010年焊接材料的消费量在465万吨左右。

　　目前，我国焊接材料厂商近千家，已形成天津、自贡、上海、昆山、锦州等为主的几个较大的企业集团。由于国内市场规模持续扩大，国际著名焊接材料生产企业纷纷来华建厂，利用其技术优势和资本优势占领高端焊接材料市场，与国内企业展开直接竞争。

　　我国焊接材料行业市场化程度较高，焊材中的普通低档焊条和镀铜焊丝技术含量较低，进入门槛较低，近年来已呈现严重的产能过剩。随着市场竞争日益加剧，行业呈现出规模化、集团化的经营模式，国内一些企业通过低价手段蚕食市场的同时，正加快产品结构调整步伐，以期占领高端市场。

　　我国焊接材料行业的产品仍以手工焊条为主，2008年我国焊条在焊接材料中的比重为48.9%，自动化焊材实芯和药芯焊丝在焊接材料中的比重共为40.5%，与日本、韩国等工业发达国家80%的数值相比，我国自动化程度较高的焊材消耗比重仍然很低。

　　因此，未来中国焊接材料产品的发展战略逐步转移，由自动化程度较高的高效优质产品逐步替代手工型产品，手工焊条产品逐步向高强、高韧、低氢、环保方向发展，以满足不同品种、不同焊接结构、不同服役条件下不同焊接技术要求。

　　五、超硬材料

　　超硬材料主要是指金刚石和立方氮化硼。金刚石（英文：Diamond）是目前已知的世界上最硬的物质，另外C60的硬度可能不亚于金刚石，但尚未定论。立方氮化硼硬度仅次于金刚石。这两种超硬材料的硬度都远高于其它材料的硬度，包括磨具材料刚玉、碳化硅以及刀具材料硬质合金、高速钢等硬质工具材料。因此，超硬材料适于用来制造加工其它材料的工具，尤其是在加工硬质材料方面，具有无可比拟的优越性，占有不可替代的重要地位。止因如此，超硬材料在工业上获得了广泛应用。除了用来制造工具之外，超硬材料在光学、电学、热学方面具有一些特殊性能，是一种重要的功能材料，引起了人们的高度重视，这方面的性能和用途正在不断地得到研究开发。

　　据《2013-2017年中国复合超硬材料行业市场调研与投资预测分析报告》[3]  数据显示，随着下游应用市场需求的不断扩大，复合超硬材料下游需求呈现较快增长的态势。监测数据显示，目前国内超硬材料与制品产值大约在1:3-1:6之间，随着下游复合超硬材料制品市场规模的不断增长，复合超硬材料的市场需求随之扩大，其中高品级金刚石的市场需求占整个市场的比例大约为60-70%。

　　首先，石油/天然气钻头用PCD复合片的市场容量和需求主要由下游油气钻头市场需求量决定，而油气钻头需求量主要由油气市场需求和油气开采企业开采计划决定。前瞻产业研究院的统计数据显示，2009年我国石油产量为18,949万吨，消费量却高达38,384.5万吨，石油对外依赖性强。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中明确指出要加大石油勘探开发力度，稳定国内石油产量。

　　另一方面，中国天然气产量和消费量总体呈增长趋势。数据显示，2005年到2011年我国天然气产量一直呈现高速增长趋势。2011年我国天然气产量增长迅猛，产量占全球天然气总产量的3.1%，达到1,025亿立方米，同比增长8.12%。

　　随着我国油气产量的不断增长，对于油气用金刚石复合片的需求量也表现出旺盛的需求。油气用PCD复合片全球市场规模约为110亿元人民币，我国市场空间大约为14亿元人民币，发展潜力巨大。

　　根据美国能源署（EIA）公布的《2011年全球页岩气资源初步评估》报告，中国是全球页岩气储量最多的国家，可采储量约为36.1万亿立方米，远高于世界其他国家。进入“十二五”，我国将页岩气勘探开发作为国家能源战略的重要发展领域之一，在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中指出“退佃煤层气、页岩气等非常规油气资源开发利用”，在《页岩气发展规划（2011-2015年）》明确目标要“力争到2020年产量达到600-1,000亿立方米”。所以，随着页岩气开发利用的深入，油气用PCD复合片必将迎来新的发展机遇，市场规模将进一步扩大。

　　其次，煤田/矿山工具用PCD复合片的市场需求主要受煤炭的开采量影响。国家统计局数据显示，我国从1990年到2009年煤炭的产量和消费量都呈现不断增长的态势，产消基本平衡。2011年我国原煤总产量达到35.2亿吨，同比增加8.7%。在煤炭产量的不断带动下我国矿用金刚石复合片市场规模不断扩大，矿山用复合片全球市场规模近200亿元，中国市场规模约为20亿元。

　　再次，PCD高品级拉丝模胚受线材在工业生产和工程建设中需求量巨大的带动，市场容量可观，但由于PCD 拉丝模坯的生产成本和售价较高，有部分对拉丝效果、精度要求较高的终端用户选用PCD 拉丝模坯，市场容量有待进一步扩大。

　　六、高速工具材料

　　高速钢是加入了钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。按重量计，钨和钼占10-20％，铬约占4％，钒占1％以上，它们都是强烈的碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。另外，高速铜采用了接近熔点的淬火温度，得到细晶粒的合金化的马氏体组织，它在低温回火（约560℃）时又使合金碳化物析出，从而进一步提高了硬度与耐磨性。在高速钢中，钼和钨的作用基本相同，1％的钼可代替2％的钨。钼并能减少钢中碳化物的不均匀性，细化碳化物晶粒，提高韧性。

　　另外，在某些高速钢中，为了提高高温硬度，添加钴、铝、硅、铌等元素；为了提高耐磨性，可适当增加含钒量。但是，随着含钒量的增加，可磨削性变差，因此钒的含量不宜超过3％。-表21 <http://depa.usst.edu.cn/jixie/courseware/Cutting/scan/3521.htm>、-22 <http://depa.usst.edu.cn/jixie/courseware/Cutting/scan/3622.htm>分别列出了主要高速钢的成分和性能。从表中可见，高速钢在600℃时，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削中碳钢时，切削速度可0.5m／s（30m／min）左右。

　　高速钢的强度、韧性和工艺性能均较好，能进行锻造，磨出的切削刃比较锋利，熔炼质量稳定，使用比较可靠。各种刀具都可用高速钢制造；尤其是形状复杂的刀具和小型刀具，均大量使用着高速钢。目前，高速钢占刀具材料总使用量的60％以上。

　　按基本化学成分，高速钢可分为钨系、钨钼系和钼钨系。按切削性能分，则有普通高速钢和高性能高速钢。按制造方法分，则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。

　　（一）、普通高速钢

　　通高速钢的特点是工艺性好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工，常用品种有：

　　1.W18Cr4V

　　属钨系高速钢。它的历史悠久，至今尚在普遍使用。其综合机械（力学）性能和可磨削性好，可用以制造包括复杂刀具在内的各类刀具。

　　2.W6Mo5Cr4V2

　　属钨铝系高速钢；其碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但是，可磨性比W18Cr4V略差，切削性能则大致相同。国外由于资源关系，已淘汰所谓传谓传统高速钢W18Cr4V而以W6Mo5Cr4V2代替。这一钢种目前我国主要用于热轧刀具（如麻花钻），也可用于制作大尺寸刀具。

　　3.W14Cr4VMn-RE

　　这种高速钢有较大的塑性，可作热轧刀具用。此钢种中含钨量较W18Cr4V少，而含有少量的锰及稀土元素RE ，其切削性能相当于W18Cr4V。

　　4.W9Mo3Cr4V

　　是近年我国研制出的一种钨钢系高速钢，其性能接近于W6Mo5Cr4V2。

　　（二）、高性能高速钢

　　调整普通高速钢的基本化学成分和添加其他合金元素，使其机械（力学）性能和切削性能有显著提高，这就是高性能高速钢。高性能高速钢的常温硬度可达HRC67-70，高温硬度也相应提高，可用于高强度钢、高温合金、钛合金等难加工材料的切削加工，并可提高刀具使用寿命。高性能高速钢主要有以下几种：

　　1.钴高速钢

　　典型钢种是AISI的M42，它的特点是综合性能好，硬度高（接近HRC70），高温硬度在同类钢中居于前列（见-表22 <http://depa.usst.edu.cn/jixie/courseware/Cutting/scan/3622.htm>），可磨削性也好。-表23 <http://depa.usst.edu.cn/jixie/courseware/Cutting/scan/372.htm>为其磨削比的参考数据[62]，从表中可知，M42的磨削比接近普通高速钢W6Mo5Cr4V2。

　　用M42制作的刀具用于加工高温合金、不锈钢等效果很好。然而，这一钢种含有较多的钴元素，价格较贵。针对国内资源情况，我国应发展低钴或无钴的高性能高速钢。

　　2.低钴高速钢

　　低钴高速钢（W12Mo3Cr4V3Co5Si）是用减少钴增加硅的办法以获得高性能。其耐磨性比M42好，但韧性比M42差。缺点是仍然含有-定的钴，而且由于增加了含钮量，使可磨性变差，因而不宜用于制造复杂刀具。

　　3，铝高速钢

　　铝高速例（W6Mo5Cr4V2Al）是我国独创的无钴高速钢，它在W6Mo5Cr4V2的基础上加铝增碳，其高温硬度在600℃时约为HV602，抗弯强度为3.50-3.80GPa（350-380kgf／mm2），冲击韧性为0.20MJ／m2（2.0kgf·m/cm2），均与M42相当，抗弯强度及冲击韧性则高于W12Mo3Cr4V3Co5Si钢。缺点是可磨削性略低于M42。此钢种不含钴，性能好，生产成本较低。其缺点是热处理温度较难控制，钢材成材率较低。

　　此外，我国研制的无钴高速钢还有加铝强化5F6钢和加铝、铝、铌强化的B201钢等，性能达到钴高速钢的水平，但也存在着含钒多而可磨性差的问题。它仍在生产中用得不多。

　　近年来，我国研制成功无钴和低钴的高性能高速钢W12Mo3Cr4V3N（V3N）和

　　W12Mo3Cr4VCo3N（Co3N），颇有应用前景。V3N价格较低，但可磨性稍差。

　　（三）、粉末冶金高速钢

　　高速钢的制造质量受多方面因素的影响，其中对性能影响较大而又难以改善的因素，是对碳化物分布的均匀性及其粒度粗细的控制。熔炼高速钢中碳化物偏析比较严重。

　　完全消除碳化物偏析的方法是粉末冶金法。其基本原理是将高频感应炉熔炼的钢液用高压惰性气体（如氩气）雾化成粉末，再经过热压（同时进行烧结）制成刀坯，或制成钢坯再经轧制或锻造成材。

　　粉末高速钢与熔炼高速钢相比，有很多优点：如韧性与硬度较高，可磨削性能显著改善（例如含钒5％的粉末冶金高速钢的可磨削性相当于含钒2％的普通高速钢），材质均匀，热处理变形小，质量稳定可靠，故刀具使用寿命较长。粉末冶金高速钢可以切削各种难加工材料，特别适合于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具。

　　高速钢刀具可以用盐浴软氮化、气体软氮化、辉光离子化及离子氮注入等方法进行表面处理，形成高硬、耐磨的薄层（0.02-0.1mm）；也可以采用物理气相沉积（PVD）等方法在高速钢刀具表面涂覆一层（约10μm）TiN或TiC等材料。经过表面处理或涂层后，刀具的耐磨性和使用寿命可以得到显著提高。近年，TiN涂层高速钢刀具发展较快，应用较广。高速钢钻头、丝锥、铣刀及齿轮刀具，经涂层后，其耐用度常可提高3-5倍以上。

责任编辑：王元

《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事
投稿联系：编辑部
电话：010-62313558-801
邮箱：ecorr_org@163.com
中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414