日本创新性研究项目----高强度耐磨板的开发

  日本创新性研究项目以开发高强度耐磨板为目的。高强度耐磨板材料可应用于输送机械、工程机械、矿山等行业,尤其是可实现交通工具的多材质化。例如:镁合金耐磨板可应用于铁道车辆;铝合金耐磨板可应用于航空机机身。这也是日本经济产业省10年研究项目之一。它由36家企业、一个独立法人和一所大学共同成立了新结构材料技术研究小组,再委托115所大学和作为独立行政法人等的研究人员参与相关研究。

  根据车辆重量与CO2排放量的关系可知,到2020年左右欧美的汽车CO2排放量标准预计将由目前的140g/km下降到95g/km,这就要求汽车必须实现轻量化。以车身减小100kg重量为例,1.3吨的汽车可减少CO2排放量为15g/km。为此,开始进行了钢铁、铝合金、镁合金、钛合金以及碳纤维强化塑料复合材料(CFRP)的开发。在该研究项目中,进行开发的是热可塑性树脂,而不是航空用热硬化性树脂。纤维是使用短纤维,而不是连续纤维,它可有效应对加工性和降低成本的挑战。在不同的部位使用不同的开发耐磨板材料就是多材质化的表现。欧美已经率先进行了一些开发。例如,在2015年巴黎汽车展上,法国雷诺公司推出的多材质模型汽车在侧梁和前梁使用高强度耐磨板材料,车门使用铝合金耐磨板材料,车顶部使用镁合金耐磨板,车底部使用玻璃纤维强化热可塑性树脂。宝马公司已发售使用CFRP制作的电动汽车。各公司都在积极探索汽车多材质化的发展趋势。作为多材质中最大的技术之一是各种材质的焊接技术。为实现各种材料及1500MPa级高强度耐磨板的焊接,各公司都对摩擦搅拌焊接技术进行了开发。此时,耐磨性和抗弯刚性是重要的力学特性。

  但是,除了这些特性外,制作和使用时总的CO2排放量以及材料的成本都是重要的因素。如果考虑到良好加工性和结构设计的技术积累,那么可以说钢铁材料的优势并不是容易就被取代的。

  关于高强度、高延性的合金耐磨板,有3家钢铁公司进行了开发。虽然利用轻元素强化晶界、控制奥氏体组织和高精度控制碳量是研究开发的中心,但解析评价技术也是很重要的,因此可以说利用中子射线或X射线,以及利用原子探针等对纳米组织进行观察的技术已有很大的提高,而且纳米生产技术本身已应用于钢铁材料??梢栽ぜ平椿菇缘硬牧系募际鹾褪褂眉す夂附痈咔慷饶湍グ宓募际踅锌?。