2022年液態(tài)金屬發(fā)展現(xiàn)狀分析：技術應用不斷趕超 我國引領國際在即

年液態(tài)金屬發(fā)展現(xiàn)狀分析：技術應用不斷趕超我國引領國際在即一、液態(tài)金屬特性

液態(tài)金屬又稱非晶合金，是一種常溫下可呈液態(tài)具有非晶態(tài)原子結構的金屬合金。由于金屬在超急冷凝固時，原子來不及有序排列結晶，組成它物質原子不呈空間有規(guī)章周期性，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，而在室溫或低溫下保留液態(tài)原子無序排列的分散狀態(tài)。

這種非晶態(tài)原子結構使液態(tài)金屬具備了很多獨特的性能，因其原子排列為長程無序而短程有序結構狀態(tài)的固體金屬或合金，微觀結構與玻璃非常相像，又稱金屬玻璃。

二、液態(tài)金屬優(yōu)勢

液態(tài)金屬的眾多優(yōu)勢使之被認為是繼銅、鐵和鋼，以及塑料之后的第三次材料革命，或將成為將來輕合金材料的顛覆者。相比傳統(tǒng)金屬合金，其優(yōu)勢主要可體現(xiàn)在性能、工藝、成本等三個方面：

1、性能優(yōu)勢

在性能上，液態(tài)金屬同時兼?zhèn)洳ＡШ徒饘?、固體和液體優(yōu)良特性。在擁有高硬度、高強度、耐高溫等性能的同時，還具備非金屬材料（塑料、玻璃等）的優(yōu)越性，如彈性、柔韌性、耐腐蝕性等等。

由于不存在錯位、層錯、晶界等缺陷，非晶合金表現(xiàn)出特別的力學特性，其抗彎強度、抗拉強度、彈性形變等均優(yōu)于常用材料，其強度可超過常規(guī)鋁鎂合金的5倍、7系鋁的5倍、不銹鋼的3倍、鈦合金的2倍。

在輕合金中，液態(tài)金屬的比強度（單位密度的強度）也是最高的，是目前最硬的輕合金，此外，液態(tài)金屬在散熱性、電磁屏蔽性等方面也表現(xiàn)出眾。

數據來源：作者數據中心整理

2、生產優(yōu)勢

液態(tài)金屬可通過模具生產，一套模具支持3-4萬件產品，由于液態(tài)金屬以非晶態(tài)冷卻，收縮率特別小，可以通過注塑、壓鑄等工藝得到抱負的外形，用液態(tài)金屬做的零件尺寸精度特別高，可達±0.03mm。

與粉末冶金相比，液態(tài)金屬橫向縱向收縮率達到千分之2.5-3.5，而粉末冶金收縮率為22%-24%，更適用于批量制備高精度要求精密金屬結構，也可以用噴涂、激光熔覆、堆焊等工藝制備表面涂層。

3、成本優(yōu)勢

由于液態(tài)金屬可以實現(xiàn)固相和液相之間的敏捷轉換，具有高強度、高硬度、高彈性極限、良好的軟磁或硬磁特性，以及耐摩擦磨損和耐腐蝕等優(yōu)良的物理化學性能，且其冷卻凝固收縮很小，具有良好的近終形鑄造成形力量，一次成型精度高，省去了大量的CNC（數控加工）工序，具有很高的性價比。

且由于良好的材料性能，相比于傳統(tǒng)材料，同樣的結構強度所需液態(tài)金屬材料消耗更少，通過規(guī)?；a成本優(yōu)勢凸顯。

此外，液態(tài)金屬在生產過程中的原料、產品等無毒副作用，對環(huán)境影響小，在環(huán)保政策更加嚴苛的市場環(huán)境中，擁有更多的生產優(yōu)勢。

三、液態(tài)金屬制造工藝

受限于目前液態(tài)金屬的制造工藝，若尺寸較大則內部難以實現(xiàn)非晶化，因此液態(tài)金屬的制造存在的尺寸限制，因此制造工藝最難的是塊體液態(tài)金屬。

由于液態(tài)金屬是非晶合金，擁有亞穩(wěn)態(tài)特性，難采納常規(guī)的鍛壓或焊接工藝進行零件加工。加工過程中，液體形態(tài)的液態(tài)金屬必需以極快的冷卻速率將其液態(tài)結構凍結成固態(tài)，過程中也沒有結晶潛熱的釋放，為非晶合金的充型力量和流淌性帶來問題，可能造成各種缺陷，如冷隔、澆不足、夾雜、氣孔、夾砂、粘砂等。

為解決這些問題，目前常見的塊狀液態(tài)金屬加工過工藝手段有：超塑性成型、真空壓鑄（注射）成型、真空吸鑄成型、水淬法、銅模吸附法、定向凝固法等工藝。正確地設計澆注系統(tǒng)使液態(tài)金屬平穩(wěn)而又合理地布滿型腔，對保證鑄件質量起著很重要的作用。

塊體液態(tài)金屬（塊體非晶合金）工藝差異

技術手段工作原理實例優(yōu)點缺點超塑性成型模鍛、熱擠壓、熱壓印適用于微納尺度制造，如：微齒輪、微鑷子、微手術刀低成本快速復制氧化與晶化，對工藝蠶食敏感真空吸鑄成型將鑄模置于負壓密閉容器內，金屬液吸入型腔，凝固后去除負壓適用于生產薄而精細的小型精密鑄件提高了合金的充型力量，最小壁厚達0.2mm，削減氣孔、夾渣等缺陷不適用于外形簡單的鑄件鑄造水淬法將合金置于石英管中，熔化后連同石英管一起淬入流淌水中，以實現(xiàn)快速冷卻，形成大塊非晶合金適用于小型塊狀合金制造操作簡潔，工藝簡單掌握設備昂貴，簡單消失氣孔，石英管易裂開銅模吸鑄法母合金溶化后，將溶體從坩堝中吸鑄到水冷鋼膜中，形成肯定外形和尺寸的大塊材料適用于尺寸小的樣品鋼膜冷卻速率快，制備效率高易消失表面收縮，表面不夠光滑定向凝固法掌握定向凝固速率和固/液邊界前沿液相溫度梯度適用于截面積不大但比較長的樣品有效解決長條形非晶合金流淌性不足問題要求非晶材料成型力量高資料來源：作者數據中心整理

目前，大多數種類的非晶合金最大臨界尺寸均在10mm以內，2022年東南高校的沈寶龍等人通過電弧熔融負壓直接冷卻得到最大直徑16.52mm的非金合金錠，但與一般合金相比仍有較大差距，肯定程度上限制了非晶材料的應用。

隨著技術進步，塊狀非晶合金有望突破結構件尺寸限制，實現(xiàn)液態(tài)金屬大型超強結構件的規(guī)?；a。

四、液態(tài)金屬進展現(xiàn)狀

1、全球進展歷史

依據作者發(fā)布的《中國液態(tài)金屬行業(yè)進展趨勢分析與將來前景猜測報告（2022-2029年）》顯示，液態(tài)金屬的發(fā)覺始于1938年德國科學家Kramen等人通過通過蒸發(fā)沉積在玻璃基地上生產的非晶態(tài)金屬薄膜。此后，液態(tài)金屬優(yōu)良的應用特性不斷被發(fā)覺，為之開展的討論也越來越多，各類品種、技術和產品特性也在不斷被研發(fā)突破，在商用領域大展拳腳。

液態(tài)金屬早期進展歷史

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2、我國進展現(xiàn)狀

雖然起步較晚，但多年來我國對液態(tài)金屬的研發(fā)持續(xù)發(fā)力追逐，目前其研發(fā)成果在目前已經領先全球，制造了巨大的應用價值。1976年，我國在“九五”期間組建了“國家非晶微晶合金工程技術討論中心”，2022年液態(tài)金屬列入國家《重點新材料首批次應用示范指導名目》，次年又納入國家《戰(zhàn)略性新興產業(yè)分類》，極大的推動了液態(tài)金屬的討論。2022年，我國液態(tài)金屬相關專利快速增長至1219項，其應用范圍也越來越廣。

中國液態(tài)金屬進展重大事跡

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國內目前基本實現(xiàn)非晶合金產業(yè)全掩蓋，主要參加者包括安泰科技、云路股份、中研非晶、兆晶科技、江蘇國能、河南中岳等，海外競爭對手主要為日本的日立金屬和德國VAC。我國液態(tài)金屬的研發(fā)進入穩(wěn)定進展期，相關專利申請數量有所放緩。

數據來源：作者數據中心整理

五、液態(tài)金屬應用現(xiàn)狀

目前，液態(tài)金屬液態(tài)金屬可廣泛運用于航空航天、軍工國防、生物醫(yī)療、消費電子等領域，其應用范圍仍在不斷開拓中。在政策和市場的多重利好下，產業(yè)呈現(xiàn)良好的進展面貌和不行估量的進展?jié)摿Α?/p>

2022年液態(tài)金屬主要應用范圍

應用領域主要應用產品航天軍工太陽風收集器、空間站防護板、衛(wèi)星的綻開機構、衛(wèi)星反射鏡、坦克潛望鏡、穿甲彈等電力電子變壓器、電感器、傳感器、磁屏蔽材料、無線電頻率識別器等器件的鐵芯材料等消費電子手機卡托、手環(huán)表殼、手機中框、卡鎖塊、USB接口、光學鏡頭支架等醫(yī)療領域固定骨折的夾板和釘、微創(chuàng)醫(yī)療器械金屬材料等體育用品高爾夫球頭、推桿面、漁具卷線器殼體及齒輪等資料來源：作者數據中心整理

目前最為常見的液態(tài)金屬應用品種主要包含鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶合金以及鐵基納米晶合金，其中應用最廣泛的主要為鐵基非晶和鐵基納米非晶合金。

鐵基非晶合金主要應用于工頻（中低頻）環(huán)境的配電變壓器、電機材料，下游包括電力配送、軌道交通變壓器等相對傳統(tǒng)的電力行業(yè)領域。

納米晶合金在液態(tài)金屬中擁有最為優(yōu)越的綜合性能，具有更高的磁導率和更低的損耗，傳輸效率更高，體積更小。主要應用于中、高頻環(huán)境的電子磁性元器件，下游包括消費電子、新能源汽車、變頻家電、粒子加速器等領域。目前國內納米晶合金的參加者眾多，頭部企業(yè)已建立領先優(yōu)勢。

而鋯基、鎵基等新型非晶合金的應用領域還在不斷探究突破中，清華高校、中科院等頂尖院校的研發(fā)隊伍協(xié)作企業(yè)成熟的工藝體系，信任屬于液態(tài)金屬的革新，我國引導在全球在即。

液態(tài)金屬主要品類及其應用范圍

主要種類應用范圍及性能可代替金屬/合金鐵基廣泛應用于節(jié)能配電變壓器鐵鐵鎳基應用于漏電開關、磁屏蔽等，能量損耗和機械強度方面非常優(yōu)越鎳坡莫合金鈷基非晶合金應用于要求嚴格的軍工電源中的變壓器、電感等，具有最高的磁導率，且具有優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性坡莫合金