軌道交通、數(shù)據(jù)中心、新能源：處處商機
基礎(chǔ)理論、制備工藝、舊瓶頸：快快突破
本報實習記者 趙萍
“美國宇航員在從月球表層帶回來的土壤中發(fā)現(xiàn)，30億年前月球火山爆發(fā)時形成的非晶態(tài)玻璃球還穩(wěn)定存在。這表明非晶材料可以穩(wěn)定存在億萬年。”這是3月25日在由中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金材料應(yīng)用分會主辦的非晶合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢研討會上傳出的消息，再次展示了非晶材料的強大與神奇。
2020年以來，國內(nèi)外市場環(huán)境發(fā)生重大變化，經(jīng)受住新冠肺炎疫情等帶來的一系列挑戰(zhàn)，我國非晶合金產(chǎn)業(yè)當前進入新發(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)展新市場新態(tài)勢等進行分享，展開研討，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。會議報告介紹，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)《中華人民共和國認證認可行業(yè)標準》關(guān)于《低碳產(chǎn)品評價方法與要求-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，同時非晶帶材在生產(chǎn)過程中產(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，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中頻爐重熔后制成非晶帶材，無需添加金屬元素硅、硼，可避免主要材料的浪費。
作為節(jié)能材料，非晶材料在國家碳中和、碳達峰目標下機遇與挑戰(zhàn)并存?！皣摇?0·60目標’給非晶合金產(chǎn)業(yè)提出了很多新課題和新挑戰(zhàn)。”中國電器工業(yè)協(xié)會副會長郭振巖在致辭中特別指出。與會專家、企業(yè)代表也在報告中不約而同地提到了這一話題?！盀閷崿F(xiàn)碳達峰、碳中和目標，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，達成碳中和目標將促進鐵基非晶帶材在變壓器鐵芯和新能源汽車新型電機上的應(yīng)用。
在國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、全國每年建設(shè)40條～60條線路來測算，年可新增非晶鐵芯使用量達1萬噸～1.5萬噸。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)上，未來數(shù)據(jù)中心用電量占全社會總用電量的比例越來越高，將從2018年的2.2%增長到2025年的4.1%，預(yù)計2019年～2025年，數(shù)據(jù)中心機架數(shù)量增加270萬臺，規(guī)模約達到500萬臺，那么，每年將新增變壓器容量約2000萬千伏安，則意味著需要8000臺2500千伏安的變壓器，若全部更換為非晶材料，預(yù)計變壓器用非晶軟磁材料年新增需求量3.2萬噸。在新能源發(fā)電上，非晶材料同樣有著不小的需求量。此外，中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金材料應(yīng)用分會秘書長張華在會上透露，在商務(wù)部與泰國方面的商務(wù)對接中，泰方根據(jù)當?shù)貙嶋H情況會對非晶材料有相關(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)華在通過遠程視頻做報告時介紹，太空環(huán)境的微重力、超低溫、溫差大、強輻射、空間碎片/隕石撞擊、原子氧腐蝕等特性帶來了獨特的空間環(huán)境挑戰(zhàn)，對作為所有空間活動和空間技術(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，如具有抗輻照能力、耐腐蝕性能好等，在多個應(yīng)用場景可發(fā)揮重要作用。
話不足 明晰發(fā)展新路徑
與會非晶材料專家、企業(yè)代表在研判非晶產(chǎn)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢的同時，立足當下，直面難題，反思局限，謀劃未來，針對當前問題提出了新觀點、新思維，針對技術(shù)瓶頸提出了新建議、新路徑。
從現(xiàn)有制備工藝來看，當前需在充分發(fā)揮非晶材料最大優(yōu)勢上下功夫。“殘余應(yīng)力會影響鐵基非晶合金涂層抗腐蝕性能。”東北石油大學教授王勇在報告中指出，在進行熱噴涂時，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，對非晶涂層失效防護具有重要意義。”他說道。
從長遠發(fā)展來看，需繼續(xù)加強非晶材料基礎(chǔ)理論研究以突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸。針對非晶軟磁器件在變壓器、電機等大功率器件只顯示空載節(jié)能優(yōu)勢，未顯示高磁導率高效能優(yōu)勢等的技術(shù)瓶頸，浙江師范大學教授方永樟指出，究其根本，是受限于低分辨和靜態(tài)觀測等研究手段落后，使雙相結(jié)構(gòu)理論研究困難重重，應(yīng)力敏感機理不明，亟需下大力氣突破基礎(chǔ)研究技術(shù)瓶頸。
同時，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驗室非晶材料團隊的未來規(guī)劃之一：該團隊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，會場瞬間士氣大振，與會專家、企業(yè)代表一致稱贊。
此外，從國外發(fā)展來看，我國非晶合金應(yīng)用領(lǐng)域還有待大力拓展。中科院院士、南京大學教授都有為在介紹非晶軟磁材料時特別指出，自旋芯片是各類MRAM（磁隨機儲存器）的統(tǒng)稱，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、高運算速度、低功耗、長壽命等優(yōu)點，目前國外已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段，而國內(nèi)相對比較落后。由此可見，非晶合金產(chǎn)業(yè)尚有廣闊發(fā)展空間，未來可期。
“非晶合金材料還是小眾，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用范圍還不大?！睍螅瑥埲A告訴《中國冶金報》記者，2021年，非晶合金材料應(yīng)用分會將重點在非晶電機、非晶粉末及涂層標準制定方面進行專題研討，同時還將邀請行業(yè)專家、企業(yè)代表等對非晶立體卷變壓器設(shè)計、設(shè)備與制造工藝、非晶合金絲及傳感器的應(yīng)用等熱點內(nèi)容進行研討和交流，多角度、多領(lǐng)域推動非晶合金產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
《中國冶金報》（2021年3月31日 03版三版）
