天津把新材料做到“上天入地”

随着新能源、汽车、高端装备、生物医药等战略性新兴产业对新材料需求的增多,我国新材料行业的发展驶入“快车道”。数据显示,我国新材料产业产值从2011年的0.8万亿元增至2019年的4.5万亿元,年均复合增速超过20%。预计到2025年,新材料产业总产值将达到10万亿元。
与此同时,天津市也在新材料领域持续发力。《天津市产业链高质量发展三年行动方案(2021—2023年)》提出,到2023年,天津市将打造国内一流的新材料产业基地,研发经费支出约占营业收入的3%以上,国家级企业技术中心达到15家,带动新材料产业规模超过2000亿元。
“按照《天津市新材料产业链工作方案》,天津市将聚焦新一代信息技术材料、先进化工新材料、高端金属材料、新型无机非金属材料4个重点发展方向,实施补链强链,细化产值、人才、创新、项目4个方面的目标任务,预计到2023年,新材料产业链产值实现年均增长10%。”天津市工业和信息化局原材料工业处处长王金刚说。
铸金科技:
半个世纪只做“工业面粉”
直径仅为头发丝1/4的合金粉末,强度却是钢的1.5倍,通过激光熔覆应用在煤矿巷道的液压支架上,支架的寿命可延长10倍;把两种异质金属结合到一起,在热核聚变实验堆中接受1亿摄氏度的检验……这些体积小却作用大的新材料正在成为市场新宠。
在400倍的电子显微镜下,有4份合金粉末的标本,它们分别来自国内外不同的厂家,所呈现的状态也有所不同:有的粉末像蝌蚪一样弯弯曲曲,有的粉末颗粒一堆堆的粘在一起,有的粉末则大小不一摊成一片。其中,有一份标本,在显微镜的镜像里呈现出规则、不粘连的“小球”模样,一个个晶莹剔透,闪着银光。据天津铸金科技开发股份有限公司(以下简称铸金科技)董事长钱铸介绍,这些在电子显微镜下的“小球”,直径只有20微米左右,相当于头发丝的1/4。那么,这份合金粉末在100万倍的显微镜下又是怎样的呢?
在铸金科技的实验室里,一位工作人员正盯着屏幕仔细比对。在他旁边,是一台价值400万元的检测设备,设备屏幕上出现的灰色影像光滑平整。钱铸说,现在检测的是合金粉末外表面,检测目的是为了掌握其结构,以便更好地完善产品。
不要小看这一颗颗“小球”,如果把它们喷涂在汽车发动机的气门座圈上,在发动机点火的瞬间温度飙升到800~900℃时,这个部件也不会变形;通过激光熔覆把它们应用于煤矿巷道里的液压支架上,仅需1~3毫米的厚度,就能将设备的寿命提高10倍以上。
由于该粉末具有耐高温、抗摩擦、耐腐蚀等优点,它主要应用于金属喷涂、增材制造这两大领域。金属喷涂领域涵盖了汽车、机车、航空、航天、船舶、内燃机、石油石化机械、化工机械、冶金机械、矿山机械、工程机械、塑料机械等方面,增材制造领域则涵盖了软磁合金、离心浇铸、3D打印等领域,因此,该粉末被称为“工业面粉”。
据介绍,合金粉体材料的质量评判一般从氧含量、流动性和松装密度这两个角度进行衡量。一张统计表上的数据显示,铸金科技的高端金属粉体材料的含氧量为86~120PPM,而国际标准含氧量≤250PPM,其指标远超国际标准。铸金科技研发部经理闫祖鹏说:“含氧量低不易生锈,而且在焊接和熔化的过程中杂质含量少,整个产品的品质就会提高。”
铸金科技成立于1989年,至今已在粉体材料领域经营33年。创始人钱叶仁在该公司创立前,就已经在粉体材料技术和研发领域摸爬滚打了30年,铸金科技实际在这一领域已深耕60多年。铸金科技成立之初,其年产能只有150吨;到2002年,该公司年产能增加至1000吨。2020年6月底,铸金科技从老厂址搬至了天津市北辰高新技术产业园区,生产线也从原来的3条扩大至现在的39条。据钱铸介绍,新厂的设计产能达3.6万吨。“目前,我们已经具备年产合金粉体8000吨的能力,争取在未来3—5年内实现3.6万吨的总体规划。”钱铸说。
目前,铸金科技具备了镍基、钴基、铁基(包括不锈钢)、铜基、特种、定制系列高端粉体材料的研发生产能力,具有300余种产品。其中,国内液压支架激光熔覆市场份额占到80%以上。
“由于之前产能有限,只是在国内液压支架激光熔覆领域占有较高的市场份额。未来,公司主要会在汽车预保护、模具预保护这两个较大的产业推广产品,争取做到50%以上的市场占有率。”钱铸表示,未来2年内,铸金科技力争企业整体上市,为公司不断发展募集必要的资金支持。
天龙钨钼:
难熔材料镶进“人造太阳”
市场增长迅猛的新材料,背后都有一个共同特点——集中力量攻克关键核心技术难题。
在安泰天龙钨钼科技有限公司(以下简称安泰天龙)的车间里,一台德玛吉铣件装备正在轰隆隆地作业,装备里面的切削液滚滚流动。操作这台设备的工作人员说:“我们是最后一道工序,把一个毛坯或半成品的钨钼材料铣成品件,铣一件大概10多分钟。”铣好的成品件是一个长方形的金属小片,上面有2个圆形小洞,四周的棱角已经被磨圆。
钼的熔点在2600℃以上,钨的熔点在3300℃以上,因此,钨钼等难熔金属被广泛用于国防军工、核能工业、微电子热沉及封装、半导体离子注入、辐射屏蔽、高端配重、液晶显示LCD和太阳能薄膜、MOCVD机等高端应用领域。
按照钨钼产品精深加工生产工艺流程看,分为采矿、选矿、冶炼、还原、压型、烧结、锻轧、精深加工,最后产出成品。“中国钨的储量,约占全球的58%,但中国出口的大多是低端的原材料。近些年,随着我国钨钼精深加工能力技术的提升,钨钼精深加工制品或者技术附加值较高的产品出口比例逐渐增加,安泰天龙主要做的就是钨钼精深加工制品。目前,该公司年销售收入约为15亿元,出口业务收入占到四成左右。”安泰天龙钨钼科技有限公司副总经理弓艳飞说。
想走在市场前列,就要技术领先。核裂变电站AP1000、CAP1400主泵关键核心配件惯性飞轮均由安泰天龙研发制造。据介绍,该产品具有密度高、惯性大的特点,在停电的情况下,还能再转动几十秒,为整体设备继续运行留出宝贵的抢救时间。
国际热核聚变实验堆,俗称“人造太阳”,是目前全球最大的政府间科技合作项目,其目标是建造一个核聚变实验堆,验证人类和平利用核聚变能的科学和技术可行性。据了解,实验堆需要用到大量高性能钨钼相关部件,安泰天龙就是该项目钨钼部件的核心供应商。
看似一个小小的组件,却要攻克很大的技术难题。“该项目对第一壁材料要求是很高的,因为热核聚变实验堆的实际反应温度达到1亿摄氏度以上。目前,在我们的认知里,没有哪个材料能够承受1亿摄氏度的高温。核聚变实验堆的温度是靠磁场约束的,它对第一壁材料的抗辐照、耐温等要求都比较高。为此,我们做了很多研发工作,比如怎么把铜放到这个钨的组件里,可是异质金属的结合存在难度,我们通过热等静压扩散焊这种新的焊接方式完成了这项工作。”弓艳飞说。
技术需求就是人才需求。目前,安泰天龙有70多位研发人员,之所以成立天津宝坻基地,在弓艳飞看来,是看中了天津强大的人才优势和产业配套。弓艳飞说:“天津有很多高校和研究院资源,高端人才相对较多。另外,政府也提供了很多支持,比如在海关、出口保险等方面尽可能地帮我们解决一些实际问题,政府还会介绍行业相关的展会,帮助我们完成产业对接。”
辉锐激光:
90%的产业链都在天津
新材料企业在产品和技术持续发力的同时,下游企业得益于完善的产业链,发展势头也十分迅猛。天津辉锐激光科技有限公司(以下简称辉锐激光)是铸金科技的下游客户。“我们做航空航天关键零部件的维修,一个零部件可能只用十几克的粉末,但对每一颗粉末的质量要求都很高。我们还做煤机矿山产品表面的激光熔覆,我国是一个产煤大国,过去挖煤都是木头支起来的巷道,现在是金属的支架支起来的采煤层,要求金属支架在地下一年以上不腐蚀、不断裂。”辉锐激光总经理李冬杰说。
在李冬杰看来,天津新材料产业链非常完整。“‘产学研用’都很完善。天津有很多钢厂、模具厂,这些都是产业资源。另外,天津有很多高校和研究院,人才和项目都较充裕。目前,我们90%的产业链都可以在天津完成。”李冬杰说。
较为完善的产业链聚集了大量企业,也吸引了一大批项目聚集。金桥高强高韧特种焊接材料研发及产业化项目、天钛隆年产400吨的粉末冶金钛合金材料、南玻年产300万平方米镀膜玻璃、思特高性能碳纳米硅复合防火玻璃系统生产线、中新装配式新型建筑材料等项目已经竣工试产或量产。金桥焊材智能制造工厂建设一期项目、三环乐喜永磁材料新工厂项目、赛德生物肿瘤植入材料项目、中昌高端工业织物生产基地项目等预计2022年完工。
愈加完善的新材料产业链逐渐形成了产业集群。事实上,天津一直积极充分调动区、街镇、园区力量,合力推进产业聚集发展。滨海新区成立专班,推动中石化天津南港高端新材料项目集群启动,加快灯塔涂料、金九强涂料等项目开工,积极洽谈肯纳金属增资扩能及利安隆苯酚、丙酮等项目;武清区以忠旺铝材、天钛隆等先进有色金属企业为重点,培育特色优势产业集群;宝坻区借力产学研创业公司,立足“专、特、强”,初步形成以贝特瑞、盟固利等电池材料企业为主的产业聚集区;静海区重点推动现代钢铁产业转型升级,打造津京“产业链+创新链”融合发展示范的实施方案完成初稿,与中国钢研签署战略合作协议,与部分企业就智能改造、工艺提升达成初步合作意向;蓟州区依托京磁、博雅等行业龙头企业,引进5家磁性材料配套企业,促成北京品高基业永磁等一批项目陆续投产,初步形成以磁性材料为主的产业集群。
针对企业发展中遇到的问题,天津也在积极解决。“我们梳理首批33家重点企业存在的问题,集中推动解决企业共性问题和产业链痛点、难点。针对高端人才稀缺、蓝领用工短缺,我们搭建校企平台,共同进行材料研发攻关、联合培养人才;针对技术创新卡点,我们梳理了重大技术创新成果以及卡点突破情况,将近期新材料产业中要重点突破的6项卡点技术,纳入智能制造专项支持方向中;针对创新平台支撑不足,我们推动建设材料基因组研究中心、新材料中试基地,培育建设半导体材料、稀土磁性材料、先进钢铁材料等制造业创新中心,提升发展软环境。”王金刚表示,下一步,天津将继续坚持推进制造业立市,更好地发挥新材料产业链工作专班作用,推动各方面协调配合,实施好优质企业引育、产业布局优化、创新能力提升、服务平台建设、应用示范推广五大工程,进一步支持骨干企业做大做强、重大项目加快进度,体量上扩大规模、质量上提升能级,为制造强市建设提供强力支撑。

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