日本創新性研究項目----高強度耐磨板的開發

  日本創新性研究項目以開發高強度耐磨板為目的。高強度耐磨板材料可應用于輸送機械、工程機械、礦山等行業,尤其是可實現交通工具的多材質化。例如:鎂合金耐磨板可應用于鐵道車輛;鋁合金耐磨板可應用于航空機機身。這也是日本經濟產業省10年研究項目之一。它由36家企業、一個獨立法人和一所大學共同成立了新結構材料技術研究小組,再委托115所大學和作為獨立行政法人等的研究人員參與相關研究。

  根據車輛重量與CO2排放量的關系可知,到2020年左右歐美的汽車CO2排放量標準預計將由目前的140g/km下降到95g/km,這就要求汽車必須實現輕量化。以車身減小100kg重量為例,1.3噸的汽車可減少CO2排放量為15g/km。為此,開始進行了鋼鐵、鋁合金、鎂合金、鈦合金以及碳纖維強化塑料復合材料(CFRP)的開發。在該研究項目中,進行開發的是熱可塑性樹脂,而不是航空用熱硬化性樹脂。纖維是使用短纖維,而不是連續纖維,它可有效應對加工性和降低成本的挑戰。在不同的部位使用不同的開發耐磨板材料就是多材質化的表現。歐美已經率先進行了一些開發。例如,在2015年巴黎汽車展上,法國雷諾公司推出的多材質模型汽車在側梁和前梁使用高強度耐磨板材料,車門使用鋁合金耐磨板材料,車頂部使用鎂合金耐磨板,車底部使用玻璃纖維強化熱可塑性樹脂。寶馬公司已發售使用CFRP制作的電動汽車。各公司都在積極探索汽車多材質化的發展趨勢。作為多材質中最大的技術之一是各種材質的焊接技術。為實現各種材料及1500MPa級高強度耐磨板的焊接,各公司都對摩擦攪拌焊接技術進行了開發。此時,耐磨性和抗彎剛性是重要的力學特性。

  但是,除了這些特性外,制作和使用時總的CO2排放量以及材料的成本都是重要的因素。如果考慮到良好加工性和結構設計的技術積累,那么可以說鋼鐵材料的優勢并不是容易就被取代的。

  關于高強度、高延性的合金耐磨板,有3家鋼鐵公司進行了開發。雖然利用輕元素強化晶界、控制奧氏體組織和高精度控制碳量是研究開發的中心,但解析評價技術也是很重要的,因此可以說利用中子射線或X射線,以及利用原子探針等對納米組織進行觀察的技術已有很大的提高,而且納米生產技術本身已應用于鋼鐵材料。可以預計將來還將對疊加材料的技術和使用激光焊接高強度耐磨板的技術進行開發。