有色金屬加工技術范文

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篇1

以礦產資源的儲量而論，有人說錫林郭勒盟將是下一個鄂爾多斯。那么，錫盟的資源經濟之路到底要如何走?《西部資源》雜志記者采訪了錫林郭勒盟國土資源局局長游曉陽。

記者：金屬礦是錫盟非常重要的礦產資源，錫盟的金屬礦資源結構有那些特點，儲量開采潛力有多大?

游曉陽：依據大地構造單元和成礦作用特點，錫林郭勒盟由北向南大致劃分為四個金屬成礦帶：一是二連北――阿巴嘎旗北――東烏旗鉻、鎢、銀、銅、鎳、鉛、鋅、鐵、稀散元素及金成礦帶，這一成礦帶上設置金屬礦采礦權13處，設置金屬礦探礦權146個；二是大興安嶺中南段西坡銀、富鉛鋅、銅、鎢、錫、稀有金屬成礦帶，這一成礦帶上設置金屬礦采礦權8處，設置金屬礦探礦權187個，該成礦帶具有巨大的潛在找礦遠景；三是蘇尼特右旗一錫林浩特金、鐵、銅成礦帶，這一成礦帶上設置金屬礦采礦權11處，設置金屬礦探礦權121個；四是錫盟南部鑲黃旗一多倫金、鐵、銅、鈦、銀、鎢、鉛鋅及非金屬成礦帶，這一成礦帶上設置金屬礦采礦權7處，設置金屬礦探礦權92個。

目前，新增探明的金屬資源儲量為：鐵礦石量2022.3萬噸、銅金屬量20多萬噸、鉛金屬量80多萬噸、鋅金屬量260多萬噸、三氧化二鎢4萬噸、錫金屬量3.24萬噸、鎳金屬量1.06萬噸、鉬金屬量約70萬噸、銀金屬量3721噸、金金屬量36802公斤。

記者：今年是“十二五”的開局之年，未來的幾年，錫盟礦產資源的開發與利用是如何規劃的?

游曉陽：“十二五”時期的資源發展，以“耗電節水、節能環保、循環利用、延伸發展”為宗旨，全面促進金屬礦產勘查開發利用，整合區域金屬礦產資源，做大做強金屬采、選、冶加工業，提高金屬礦產資源綜合開發利用水平，逐步將錫盟打造成為百萬噸金屬礦產冶煉及精深加工基地。

第一，明確目標任務。以科學發展觀為指導，依托資源優勢，優化發展環境，完善體制機制，引進和鼓勵有實力的企業著力推進金屬礦產資源的勘查、開發、冶煉及精深加工。進一步勘查增儲，擴能改造，整合集聚，加快金屬礦產集中開發、規模開采、精深加工的步伐。根據金屬礦產成礦條件和資源分布情況，大力發展耗電節水、節能環保、循環利用、延伸發展的金屬冶煉及精深加工項目，用5年左右的時間著力打造百萬噸冶煉及精深加工基地，實現目標產值超千億元。

第二，科學合理布局。依托金屬礦產優勢，重點圍繞銅、鉛、鋅、金、銀、鎳、鍺、鉬等金屬資源的開發利用，整合資源，優化冶煉和精深加工項目區域布局。重點規劃并抓好以下建設項目：阿巴嘎旗以鉬為主，建設20萬噸，年鉬金屬冶煉及精深加工項目。蘇尼特右旗、蘇尼特左旗以金、鐵為主，建設10噸／年的金冶煉及精深加工項目，積極推進鐵資源精深加工。錫林浩特市以鍺、銣為主，促進100噸／年鍺產品達產；加快銣資源勘查步伐，及早推動精深加工項目建設。東烏旗以鉛、鋅、銀為主，建設20萬噸／年鋅、20萬噸／年鉛冶煉項目。西烏旗以鉛、鋅、銅、鎳為主，建設10萬噸／年鎳、20萬噸／年鋅、10萬噸／年銅和1000噸／年銀冶煉項目。南部旗縣要繼續加快資源勘查增儲，推動礦山擴能改造，積極整合資源，推進規模開采或為盟內精深加工企業提供初級礦產品。

第三，強化責任主體。各旗縣市(區)人民政府(管委會)是金屬礦產資源開發利用工作的責任主體，要把此項工作作為調整產業結構的重點來抓，按照金盟金屬礦產品冶煉及精深加工規劃建設目標，科學論證，抓緊組織力量編制實施方案。積極引進和明確項目投資主體，整合和集聚優勢資源，完善項目管理措施和制度，著力推進項目建設。資源富集地區要集中培育1-2家有實力的冶煉企業，對探明資源量相對少的地區，原則上由l家企業進行冶煉或精深加工。

記者：通常礦產資源開采，往往會對環境造成一定程度的破壞與污染，特別是錫林郭勒盟是我區著名的大草原之一，對于保護草原與發展經濟兩者之間如何做到雙贏?

游曉陽：首先，實施資源整合方案。以旗縣市(區)人民政府(管委會)為主，盟國土、經信等部門依照全盟金屬資源稟賦情況和產業政策要求，積極配合旗縣市(區)按照金屬礦產品精深加工項目建設的總體布局，堅持扶強扶優，以強帶弱、以采礦企業為主整合其周邊探礦權，對大礦小開的采礦企業進行擴能改造，對環保不達標、破壞浪費資源、開采資源回收率低、效益差和對地方經濟貢獻率小的采礦企業，由有實力的礦山企業進行整合。

篇2

關鍵詞：銅加工企業 發展 對策

中圖分類號:F270 文獻標識碼:A

文章編號:1004-4914（2011）11-048-02

中國銅加工業歷經近60年的創業和發展，已經成世界上重要的銅材生產、消費和國際貿易大國，特別是“十五”期間發展迅速。2010年是“十一五”規劃的最后一年，這一年我國銅加工材總產量達100927萬噸，同比增長13.60%，再創歷史新高，突破1000萬噸大關，已連續8年居世界第一位，產量已占世界總產量的1/2以上。

銅材服務于人類已有相當長的歷史，然而隨著人類社會進入信息化時代，銅材的應用也進入現代技術各主要領域，眾多高精尖銅材逐步形成現代銅材群體，從而出現代銅材概念。其廣泛應用于電子、電氣、通訊、交通運輸、半導體產業和機械制造等各個領域。其具有高表面質量\高尺寸精度\性能穩定一致\環境友好\適應高科技術各種功能要求等顯著特點，銅材大致在上個世紀50年代進入現代銅材時代，現代銅材的出現得益市場需求和現代技術進步。

一、現代銅材類別概述

現代銅材以集成電路引線框帶材和空調散熱管為代表，首先在發達國家出現。

中國銅加工產品已基本擺脫傳統產品系列，而跨進現代銅材領域，高強高導電材料、高速列車用銅材、現代汽車用銅材、高精尖功能材、復合材料等已成為企業重要生產方向，誕生出一大批熱點產品，如高速列車接觸線、引線框架、變壓器帶、電纜帶、光伏銅帶等，這些產品均已產業化生產。

中國銅加工材品種已發生了巨大的變化，在緊密結合市場和科學技術發展需求中，傳統銅加工材已經逐步完成了向現代銅加工材的轉變，其重要特點是向高精度、高性能、環保、節能方向發展，許多產品已成為國內外知名品牌，在國內外市場上享有盛譽；產品質量已穩步提高，產品標準水平已處國際先進行列。

中國各主要銅材生產廠家除按國家標準生產外，還可以直接接受世界主要發達國家標準訂貨，這表明我國銅加工材生產進一步國際化；為了滿足國民經濟和科學技術對銅材的多方面需求，各銅加工企業還相應制定了許多內部供貨技術標準。銅加工材應用方向主要是電力、電子、機械制造，近年來交通運輸用銅在迅速增長，主要銅材品種是大長度接觸線，產品消費領域已接近發達國家，電力和電子領域消費銅材己達50%以上；主要現代銅材舉例見表1。

二、銅材制造基地分布趨勢

從目前產能利用率上看，國內銅加工行業產需總體保持平衡，但行業存在集中度低、分布不均勻的情況。據中國有色金屬加工協會的統計，1200萬噸產能中，銅加工生產企業達1200家，產量大于10萬噸的企業只有8家，企業多分布于東南沿海和廣東地區，中西部銅加工業相對落后。

以市場為主配置的銅加工產地在沿海區域逐步形成。東南沿海、長江三角洲、珠江三角洲已成為中國銅加工基地，其產量己占全國1/3，環渤海、長江銅加工地帶迅速發展。中國銅加工材主要產地集中于經濟發達的東南沿海地區，其中浙江省一直處全國第一位，全國領軍的銅加工企業也多位于此，代表企業有寧波金田銅業集團、海亮銅業集團有限公司、浙江宏磊銅業集團、寧波興業盛泰集團有限公司、紹興力博銅材有限公司、寧波博威有色合金材料有限公司等；江蘇、上海地區銅材增幅很大，該地區雖然未新建大型銅加工項目，但在原企業基礎上擴產改造取得很大成功。

三、銅加工業現狀

1.銅資源短缺。銅是一種人類社會進步不可缺少的寶貴金屬材料；它的資源有限與需求旺盛，迫使人們接受如下的現實：銅作為普通材料已成往事，它將以稀缺材料粉墨登場，銅價的推高、銅工業精密化已不可逆轉。

我國銅的資源嚴重短缺，國內資源供給率不足25%，我國精銅(電解銅)產量已居世界第一位，但生產電解銅用原料中銅精礦粉、再生銅等主要依靠進口，國產礦產銅只占1/4，銅原料短缺已成為我國經濟發展的嚴重制約因素，充分利用國外資源，節約銅的消費、做好銅的綜合利用，推進技術創新等已迫在眉睫。

精銅90%被加工成各種銅材，因此精銅消費量最大的行業就是銅加工行業，因此如何節省銅的消耗、降低金屬消耗指稱、開展以鋁代銅、充分利用再生銅原料直接生產銅加工材等重要課題。

2.銅加工材市場競爭日趨激烈。中國銅加工業將面臨激烈市場競爭，其原因有三：（1）中國銅加工業在近10年經歷了大發展時期，其產能迅速擴大，這在世界各國銅加工發展史上都是史無前例的，據不完全統計新建銅板帶產能約計120萬噸、管棒型產能45萬噸、銅線桿和線產能150萬噸，全國銅加工產能將新增315萬噸，這些新建項目將在2015年前建成，這些項目投產將增加市場競爭；（2）國外發達國家一直以技術、裝備優勢和高精尖產品掄占中國國內市場，德國、日本是向中國主要出口國；（3）國際銅材市場萎縮，使我國銅材生產企業轉向主要開發國內市場。

市場是企業的生命線，是企業的出發點和歸宿，市場競爭歸根到底取決于產品質量、價格，最終取決于技術。

3.銅加工業正面臨結構調整和產業升級。我國國民經濟2011年將保持穩定增長，結構調整和產業升級將是經濟工作主線，也是銅加工產業的重點，本行業與世界發達國家相比主要差距是大而不強，具體如下：企業數量眾多、生產規模小，生產集中度不高，亟待整頓、兼并、重組。據不完全統計全國共有1200多家銅加工材生產企業，產量大于10萬噸企業共8家，企業多分布于東南沿海和廣東地區，主要銅材生產省份為浙江和江蘇；中國銅加工材產地集中于經濟發達的東南沿海地區，其中浙江省一直處全國第一位，中西部銅加工業相對落后。

4.生產技術裝備落后。我國銅加工技術、裝備先進與落后并存，傳統經典的生產技術仍然占主導地位，其加工工藝仍然是：合金熔煉、半連續鑄造―熱加工―冷加工，因此工藝流程長，能耗高，成品率低，環保條件差，迫切需要技術和裝備創新。

我國銅加工技術與制備總的評價應該是：先進與落后并存，代表性銅加工企業如中鋁洛銅集團等，技術與裝備已進入國際先進行列；而廣大的中小企業，其技術與裝備還停留在上個世紀60年代水平，由此形成了我國銅加工工業大而不強、大而不精的現狀，造成了國民經濟所需高、精、尖產品主要依靠國外進口解決的被動局面。

5.品種質量水平發展不平衡。在眾多銅加工材品種中，空調內螺紋管質量己處世界領先水平，這是中國銅加工行業的驕傲，但其它板帶、管棒、型、線等品種質量水平都處于中等水平；產品質量波動、產品精度不高、表面光潔度低、性能一致性和穩定性差。如用于電線電纜生產的銅線桿中銅含量在98.0%~99.90%之間波動，銅含量低將導致電阻增加，導致導體發熱，致使電力輸送中浪費能源，影響電器安全，縮短使用壽命。大宗產品生產能力過剩，高端產品生產能力不足，部分產品尚需國外進口，如集成電路引線框架用銅合金帶，國外正在產業化生產和應用的第二代材料銅-鎳-硅合金，而我國目前只能生產第一代引線框架材(銅-鐵-磷系合金)；國外發達國家正在迅速發展的可提高散熱率3倍以上的外翅片銅管，廣泛用于加熱裝備、化工、艦船、電力等部門，而我國這類管材的開發則剛開始。

6.提高技術經濟指標和節能排的任務艱巨。技木經濟指標是銅加工整體水平的綜合反映，中國銅加工技術經濟指標中成品率、金屬消耗、電耗明顯落后于國外發達國家，這表明我國銅加工還沒有擺脫高能耗和高資源消耗的被動局面。

銅加工主要能耗工序有合金熔煉與鑄錠、熱加工、冷加工各工序所占比例為40%、30%、30%；金屬消耗所占比例分別為45%、45%、10%。

銅加工排放物主要：爐渣、煙塵、金屬氧化物、工業廢水等主要來自熔煉和熱加工，約占銅加工全過程的98%，熱加工約占全部排放物的20%，某廠的能耗及排污指標如下：熔鑄533.4度/噸，板帶768.2度/噸，管棒型981.5度/噸，So20.15克/噸，煙塵0.048克/噸，氧化鋅0.25克/噸。

節能減排是國家長久方針大計，銅加工產業也是耗能和排污重點，其指標明顯落后于國外發達國家，具有節能減排的潛力很大。

四、加快銅加工材技術創新的對策

展望“十二五”期間中國銅加工業發展，做為以導電為特征的最大功能材料加工業―銅加工業來說，新型材料的發展趨勢是：高、精、尖、功能化和智能化；產品發展向高精度、高表面、性能高度一致化方向發展；新工藝正向節能、環保、低碳、連續化、短流程化、利用再生銅的資源直接生產銅加工材技術方向發展。我國銅加工業發展戰略建議如下：

1.充分利用中國市場經濟迅速發展為銅加工提供的資金和市場的歷史機會，打造以東南沿海、長三角、珠三角、環渤海、國企改型、原料產地為主體的銅加工產業基地。

2.加快產品結構調整、淘汰落后設備。隨著國民經濟對有色金屬加工材的需求增加，有色金屬加工行業迅速壯大，有色金屬加工材產能、產量、產品品種都大大增加，在這種背景下，產業結構和優化升級十分重要。因此要有計劃的淘汰一批落后的產能，對一些落后的設備進行技術改造。并且要引進新裝備新技術，進行裝備方面的創新，促使有色金屬加工裝備朝著自動化、智能化方向發展，滿足產品質量提高和新材料、新產品對生產裝備技術的要求。未來的有色金屬設計研究工作要更加重視產業政策和市場規律，要滿足新型產業對有色金屬材料、新產品的需求。

3.采用新工藝，進行技術攻關。建立工藝技術的創新管理機制，發展以短流程、節能、環保、高效的生產技術，建設連續化、自動化、專業化生產線；重要產業創新技術有：潛流式鑄造、連續擠壓、管材行星軋制等。

重點技術攻關方向有：再生銅直接利用技術、合金管材盤管拉伸，高效傳熱銅管生產技術及品種、環保銅合金開發、引線框架帶材生產技術和品種開發；高性價比銅加工裝備及整條生產線裝備開發。

4.樹立低能耗、低排放的設計理念，發展低碳循環經濟。為推動節能減排，大力發展低碳經濟和循環經濟，有色金屬加工設計將以低能耗、低排放的設計理念帶動有色金屬加工行業走上低碳循環經濟之路，在工程設計的各個環節的物質和能源消耗，建設低能耗、低排放的有色金屬加工企業，從而有限減少溫室氣體的排放，達到節能減排的目的。

參考文獻：

王碧文.銅加工產品和生產技術發展方向[A].2010年中國銅加工技術創新及產業升級大會[C].2010

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一、有色金屬行業運行情況

（一）有色金屬工業生產平穩增長

據國家統計局初步統計，2013年規模以上有色金屬企業工業增加值增長13.3%，增幅比上年回落0.4個百分點，但比全國工業增加值的增幅高3.6個百分點。2013年規模以上有色金屬企業工業增加值一季度增長12.2%；上半年增長12.0%，比一季度回落增幅回落0.2個百分點；前三個季度增長12.8%，比上半年增幅回升0.8個百分點；全年增長13.3%，比三個季度增幅回升0.5個百分點。2013年我國十種有色金屬年產量首次超過4000萬噸，達到4029萬噸，比上年增長9.9%，增幅比上年回升2.4個百分點。其中，精煉銅產量683.8萬噸，增長13.6%；原鋁產量2204.6萬噸，增長9.7%；鉛產量447.5萬噸，增長5.0%；鋅產量530.2萬噸，增長11.1%。六種精礦金屬含量1074.1萬噸，比上年增長9.6%。氧化鋁產量4437.6萬噸，比上年增長14.6%。銅材產量為1498.7萬噸，比上年增長25.2%；鋁材產量為3962.4萬噸，比上年增長24.0%。

（二）投資結構有所優化

據國家統計局初步統計，2013年我國有色金屬工業（不包括獨立黃金企業）完成固定資產投資額6608.7億元，比上年增長19.8%，增幅比上年回升了4.2個百分點。其中，有色金屬礦采選完成固定資產投資1240.9億元，增長14.4%；有色金屬冶煉完成固定資產投資2064.4億元，下降1.0%；有色金屬壓延加工完成固定資產投資3303.4億元，增長40.8%。其中， 民間投資所占比重達80%，民間項目投資主要集中在東中部地區的深加工項目。2013年，有色金屬工業投資特點是加工項目投資大幅度上升，礦山項目投資增幅平穩，有色金屬冶煉投資熱緩解，投資結構有所優化。

（三）有色金屬價格震蕩回落

2013年，國內外市場銅、鋁、鉛、鋅等主要有色金屬價格總體震蕩回落。

2013年倫敦金屬交易所，三月期銅收盤價格7360美元/噸，比上年收盤價回落了7.2%；三月期銅年平均價格7352美元/噸，比上年平均價下降了7.5%。三月期鋁收盤價格1800美元/噸，比上年末收盤價回落了12.7%；三月期鋁年平均價格1888美元/噸，比上年平均價下降了7.9%。三月期鉛收盤價格2219美元/噸，比上年末收盤價回落了5.0%；三月期鉛年平均價格2158美元/噸，比上年平均價增長了4.0%。三月期鋅收盤價格2055美元/噸，比上年末收盤價回落了1.1%；三月期鋅年平均價格1940美元/噸，比上年平均價下降了1.3%。

2013年上海有色金屬交易所，三月期銅收盤價格52280元/噸，比上年末收盤價回落了9.5%；三月期鋁收盤價格14035元/噸，比上年末收盤價下降了8.7%；三月期鉛收盤價格14315元/噸，比上年末收盤價回落了7.0%；三月期鋅收盤價格15195元/噸，比上年末收盤價回落了2.1%。

2013年，國內市場銅現貨平均價為53380元/噸，同比下降6.9%。其中，1季度為57423元/噸，環比回升0.5%；2季度為52696元/噸，環比回落8.2%；3季度為51770元/噸，環比回落1.8%；4季度為51631元/噸，環比回升0.3%。

2013年，國內市場鋁現貨平均價為14556元/噸，同比下降7.1%。其中，1季度為14783元/噸，環比回落2.7%；2季度為14619元/噸，環比回落1.1%；3季度為14430元/噸，環比回落1.3%；4季度為14393元/噸，環比回落0.4%。2012年以來鋁價始終低于國內的平均成本線。

2013年，國內市場鉛現貨平均價為14249元/噸，同比下降7.4%。 其中，1季度為14792元/噸，環比回落2.2%；2季度為13935元/噸，環比回落5.8%；3季度為14151元/噸，環比回升1.6%；4季度為14119元/噸，環比回落0.2%。

2013年，國內市場鋅現貨平均價為15178元/噸，同比下降0.5%。其中，1季度為15418元/噸，環比回落1.1%；2季度為14832元/噸，環比回落3.8%；3季度為15166元/噸，環比回升2.3%；4季度為15297元/噸，環比回升0.9%。

（四）有色金屬進出口總額略有增長

2013年，我國有色金屬進出口貿易總額1580.7億美元，同比增長1.1%。其中：進口額1033.2億美元，同比下降3.3%；出口額547.5億美元，同比增長10.7%；進出口貿易逆差563.5億美元，同比下降15.3%。值得關注的是扣除黃金首飾及零件出口額274.3億美元后，主要有色金屬出口額僅為273.2億美元，同比下降1.0%。2013年有色金屬貿易額扣除黃金首飾及零件貿易額后，進口額、出口額均呈下降態勢。

2013年有色金屬進出口貿易總額，一季度為407.4億美元； 二季度為382.7億美元，環比下降6.2%；三季度為372.5億美元，環比下降2.2%；四季度為417.6，環比增長12.1%。

1、進口銅精礦增加、精煉銅減少

2013年，我國銅產品進口額為688.3億美元，同比下降2.2%，占有色金屬產品進口額的比重為66.6%；出口額為64.5億美元，同比下降1.0%；銅產品貿易逆差623.8億美元，同比下降1.5%。2013年，我國進口未鍛軋銅326.2萬噸，同比下降5.6%，其中，進口精煉銅320.6萬噸，同比下降5.8%；進口銅精礦實物量1007.4萬噸，同比增長28.7%；進口粗銅62.9萬噸，同比增長20.3%；進口銅材65.0萬噸，同比下降2.8%；進口銅廢碎料實物量437.3萬噸，同比下降10.0%。出口未鍛軋銅29.3萬噸，同比增長7.1%；出口銅材48.9萬噸，同比下降0.8%。2013年，我國凈進口未鍛軋銅296.9萬噸， 同比下降6.7%；凈進口銅材16.1萬噸， 同比下降8.5%。

2、進口鋁土礦大幅度增加

2013年，我國鋁產品進口額為131.9億美元，同比增長4.2%；出口額為118.9億美元，同比增長4.3%。2013年，我國進口未鍛軋鋁48.1萬噸，同比下降24.8%；進口鋁材48.2萬噸，同比下降9.3%；進口鋁土礦 7070.3萬噸，同比增長78.5%；進口鋁廢料實物量250.4萬噸，同比下降3.4%；進口氧化鋁383.1萬噸，同比下降23.7%。出口未鍛軋鋁57.2萬噸，同比下降9.3%；出口鋁材306.5萬噸，同比增長8.3%。2013年，我國凈出口未鍛軋鋁9.1萬噸， 上年凈進口0.9萬噸；凈出口鋁材258.3萬噸， 同比增長12.4%。

3、進口鉛精礦下降

2013年，我國鉛產品進口額為21.8億美元，同比下降33.3%；出口額為1.5億美元，同比增長1.7倍。2013年，我國進口未鍛軋鉛3.2萬噸，同比下降37.4%；進口鉛精礦實物量149.3萬噸，同比下降17.8%；出口未鍛軋鉛2.3萬噸，同比增長3.9倍。凈進口未鍛軋鉛0.9噸， 同比下降81.6%。

4、進口未鍛軋鋅增加

2013年，我國鋅產品進口額為30.3億美元，同比增長11.1%；出口額為1.0億美元，同比下降7.9%。2013年，我國進口未鍛軋鋅75.2萬噸，同比增長16.3%；進口鋅精礦實物量199.4萬噸，同比增長2.8%；出口未鍛軋鋅0.5萬噸，同比下降32.0%；出口立德粉2.6萬噸，同比下降17.9%；出口氧化鋅1.0噸，同比下降16.9%。凈進口未鍛軋鋅74.6萬噸， 同比增長16.7%。

5、稀土產品出口量增額降

2013年，我國稀土產品進口額為4.5億美元，同比下降28.7%；出口額為18.7億美元，同比下降25.6%；進出口貿易順差為14.2億美元，同比下降24.9%。2013年，我國出口稀土金屬550噸，同比增長41.1%；出口稀土合金1054噸，同比增長61.5%；出口稀土氧化物17490噸，同比增長43.5%；出口碳酸稀土1426噸，同比增長86.3%；出口稀土永磁體18826噸，同比增長15.2%。

（五）實現利潤增額轉為正增長，但企業經營困難尚未根本改變

2013年，8649家規模以上有色金屬工業企業（不包括獨立黃金企業，下同）實現主營業務收入48170.7億元，同比增長12.7%，主營業務成本44347.9億元，同比增長14.7%，比主營業務收入增幅高2個百分點；實現利稅2932.5億元，同比增長4.6%；實現利潤總額1713.7億元， 同比增長2.4%，增幅比全國規模以上工業企業的增幅低9.8個百分點；主營活動利潤為1704.9億元，同比下降16.8%。

2013年規模以上有色金屬工業企業利潤總額，一季度為292.4億元； 二季度為288.4億元，環比下降1.4%；三季度為366.6億元，環比增長27.1%；四季度為766.3億元，環比增長109.0%。

虧損企業戶數及虧損企業虧損額比上年略有擴大。2013年，8649家規模以上有色金屬工業企業中虧損企業為1469家， 比上年增加30家，虧損面為17.0%；虧損企業虧損額322.7億元，同比增長0.5%。

財務費用與上年持平。2013年，規模以上有色金屬工業企業財務費用為590.0億元，與上年持平，其中利息支出534.9億元，同比下降0.1%； 企業管理費用928.9億元，同比增長6.4%； 企業營業費用412.5億元，同比增長12.8%。

應收賬款增加，產成品庫存貨款減少。2013年末，規模以上有色金屬工業企業應收賬款2504.0億元，同比增長15.0%； 企業產成品庫存貨款1491.4億元，同比下降4.8%。

百元主營業務收入中的成本高于全國平均水平，主營業務收入利潤率低于全國平均水平。2013年，規模以上有色金屬工業企業每百元主營業務收入中的成本為92.1元，比全國平均水平85.3元高6.8元；主營業務收入利潤率為3.6%，比全國平均水平低2.5個百分點；資產利潤率為5.1%，明顯低于銀行貸款平均利率7.2%。

資產負債率上升。2013年末，規模以上有色金屬工業企業資產總額為33658.8億元，比上年增長13.4%；負債合計21075.8億元，比上年增長14.1%，增幅比資產總額增幅高0.8個百分點；資產負債率為62.6%，比上年上升0.4個百分點。

1、國有企業利潤下降、私營企業利潤增長

國有企業實現利潤所占比重明顯小于資產比重。2013年，624家國有控股企業實現主營業務收入15034.4億元，同比增長10.8%；實現利潤134.8億元，同比下降38.8%，占有色金屬工業企業實現利潤的7.9%，所占比重比上年下降了5.3個百分點。2013年末，國有控股企業資產總額為13668.9億元，比上年增長8.5%，占有色金屬工業企業資產總額的40.6%；資產負債率為66.8%，比上年上升0.9個百分點，比有色金屬工業企業平均水平高4.2個百分點。

私人企業實現利潤所占比重大于資產的比重。2013年，6816家規模以上私人控股企業實現主營業務收入25384.7億元，同比增長14.2%；實現利潤1219.0億元，同比增長11.6%，占有色金屬工業企業實現利潤的比重為71.1%，所占比重比上年上升了5.8個百分點。2013年末， 規模以上私人控股企業資產總額為13656.1億元，比上年增長17.0%，占有色金屬工業企業資產總額的40.6%；資產負債率為60.6%，比上年上升0.2個百分點，但比有色金屬工業企業平均水平低2個百分點。

2、礦山和冶煉企業利潤下降、加工企業利潤增長

礦山企業銷售利潤率、資產利潤率和資產負債率仍維持在較好水平。2013年，1670家規模以上有色金屬獨立礦山企業實現主營業務收入3713.6億元，同比增長10.6%；實現利潤373.5億元，同比下降10.8%，占有色金屬企業實現利潤的21.8%。獨立礦山企業主營業務收入利潤率為10.1%，資產利潤率為11.7%。2013年末，獨立礦山企業資產總額為3205.4億元，比上年增長11.9%，占有色金屬工業企業資產總額的9.5%；資產負債率為51.0%，比上年上升0.1個百分點，但比有色金屬工業企業平均水平低11.6個百分點。

冶煉企業盈利能力明顯低于礦山和加工企業。2013年，2245家規模以上有色金屬冶煉（含聯合企業中的礦山）企業實現主營業務收入21182.0億元，同比增長9.3%；實現利潤416.1億元，同比下降5.8%，占有色金屬工業企業實現利潤的24.3%，所占比重比上年下降了2.1個百分點。有色金屬冶煉企業主營業務收入利潤率僅有2.0%，資產利潤率僅有2.4%。2013年末， 規模以上有色金屬冶煉企業資產總額為17213.7億元，比上年增長11.7%，占有色金屬工業企業資產總額的51.1%；資產負債率為69.6%，比上年上升了1個百分點，比有色金屬工業企業平均水平高7個百分點。

加工企業實現利潤所占比重明顯大于資產比重。2013年，4734家規模以上有色金屬加工企業實現主營業務收入23275.1億元，同比增長16.4%；實現利潤924.0億元，同比增長13.6%，占有色金屬工業企業實現利潤的53.9%，所占比重比上年上升了5.3個百分點。加工企業主營業務收入利潤率為4.0%，資產利潤率為7.0%。2013年末，規模以上有色金屬加工企業資產總額為13239.7億元，比上年增長16.2%，占有色金屬工業企業資產總額的39.3%；資產負債率為56.3%，比上年下降了0.2個百分點，比有色金屬工業企業平均水平低6.3個百分點。

3、大、中型企業利潤下降，小型企業利潤增長

大型企業實現利潤所占比重小于資產的比重。2013年，302家大型有色金屬工業企業實現主營業務收入20155.4億元，同比增長10.9%；實現利潤513.1億元，同比下降3.9%，占有色金屬工業企業實現利潤的29.9%。大型企業主營業務收入利潤率為2.6%，資產利潤率為2.8%。2013年末， 大型有色金屬企業資產總額為18531.5億元，比上年增長9.8%，占有色金屬工業企業資產總額的55.1%；資產負債率為64.6%，比上年上升了0.7個百分點，比有色金屬工業企業平均水平高2個百分點。

中型企業實現利潤所占比重仍大于資產的比重。2013年，1180家中型有色金屬工業企業實現主營業務收入10480.3億元，同比增長10.7%；實現利潤489.7億元，同比下降3.1%，占有色金屬工業企業實現利潤的28.6%。中型企業主營業務收入利潤率為4.7%，資產利潤率為7.0%。2013年末，中型有色金屬企業資產總額為7022.6億元，比上年增長15.2%，占有色金屬工業企業資產總額的20.9%；資產負債率為59.6%，比上年上升了1個百分點，比有色金屬工業企業平均水平低3個百分點。

小型企業實現利潤所占比重明顯大于資產的比重。2013年，7167家規模以上小型有色金屬工業企業實現主營業務收入17535.0億元，同比增長16.3%；實現利潤710.9億元，同比增長12.1%，占有色金屬工業企業實現利潤的41.5%。小型企業主營業務收入利潤率為4.1%，資產利潤率為8.8%。2013年末，7167家規模以上小型有色金屬企業資產總額為8104.7億元，比上年增長21.1%，占有色金屬工業企業資產總額的24.1%；資產負債率為60.7%，比上年下降了0.5個百分點，比有色金屬工業企業平均水平低1.9個百分點。

（六）節能降耗情況

通過自主創新和引進技術消化、吸收、再創新和集成創新，骨干企業的技術裝備和主要技術經濟指標達到世界先進水平。我國銅冶煉幾乎全部采用先進的閃速熔煉和熔池熔煉工藝；自主開發的低溫低電壓鋁電解技術投入運行，鋁錠綜合交流電耗達到世界先進水平；具有自主知識產權的“氧氣底吹”煉鉛技術與裝備的產業化應用及自主開發的短流程精密銅管生產工藝均達到世界領先水平；多機架鋁板帶熱連軋和冷連軋裝備的引進和消化，萬噸級大型鋁擠壓機的研制，全面提升了我國鋁加工裝備的技術水平，使我國鋁加工技術進入世界先進行列。2013年，我國鋁錠綜合交流電耗下降到13740千瓦時/噸，同比下降104千瓦時/噸，節電22.9億千瓦時；銅冶煉綜合能耗下降到314.4千克標準煤/噸，同比下降0.5%；鉛冶煉綜合能耗為469.3千克標準煤/噸，同比增長1.7%；電解鋅冶煉綜合能耗下降到909.3千克標準煤/噸，同比下降0.1%。

二、對2014年有色金屬工業運行態勢的判斷

初步預計2014年，我國有色金屬工業生產仍呈平穩增長的態勢，十種有色金屬產量增幅在8%左右；民間投資繼續增加，其投資方向依然是深加工產品，尤其是高精尖產品；國內市場主要有色金屬價格仍呈區間震蕩的格局，各金屬品種價格走勢可能出現分化；有色金屬企業經營困難短期內難以根本改變，實現利潤回升的壓力依然較大，但銅冶煉企業由于進口銅精礦加工費提高，效益可能會有所回升。以上判斷的主要依據有以下幾點。

（一）影響有色金屬工業發展的國際環境

從國際環境來看，2014年世界經濟將延續緩慢復蘇的態勢，并且全球經濟整體復蘇步伐有望加快。全球經濟仍可能面臨的風險一是美國量化寬松貨幣政策退出的進度和影響仍存較大不確定性；二是歐元區經濟復蘇前景不明；三是日本經濟內在增長動力不足；四是部分新興市場仍面臨資本外流風險。

（二）有色金屬行業面臨產能過剩、成本上升、國際形勢復雜、資源能源環保壓力加大等問題

當前，有色金屬產業鏈是“中間大、兩頭小”，部分冶煉產能過剩，礦山保障能力不足，高附加值產品短缺，總體上仍處于國際產業分工中低端，結構不合理和產能過剩的問題短期內難以根本解決。有色金屬工業受資源、能源和環境制約的壓力加大。我國有色金屬資源相對貧乏、品質不高，對外依存度大，不但原料進口成本高，而且受人制約。國內電力、環保、人工成本上升，有色金屬企業經營困難的壓力依然較大。美歐倡導實業回歸，新興經濟體和我國形成同質化競爭，有色金屬企業將面臨更多貿易摩擦，產能向國外轉移障礙重重，難度很大。我國有色金屬工業同發達國家產業之間互補性越來越弱、競爭性越來越強，面臨的競爭將更加激烈。但是，發達國家制造業回歸只是高端制造業回歸，對我們的影響可能不會太大；而新興國家低成本優勢是以犧牲環境為代價的，也是不可持續的發展模式。

（三）有色金屬價格回升動力不足，下行壓力依然存在

目前，有色金屬商品屬性回歸，金融屬性弱化，有色金屬價格隨供求關系變化而變化的可能性擴大。2014年世界主要有色金屬產能增加、產量增長、供應充裕，消費增速緩慢，全球范圍內有色金屬繼續呈供大于求的格局，不支撐有色金屬價格上漲。美聯儲貨幣政策轉向，美元走強、流動性收緊，黃金、銅等有色金屬金融屬性走弱，也不支持以美元計價的金屬價格上升。

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關鍵詞：金屬；擠壓；輕型材料

中圖分類號：U21 文獻標識碼：A

1 金屬擠壓過程控制

1.1 壓力機是一種結構精巧的通用性壓力機。具有用途廣泛，生產效率高等特點，壓力機可廣泛應用于切斷、沖孔、落料、彎曲、鉚合和成形等工藝。通過對金屬坯件施加強大的壓力使金屬發生塑性變形和斷裂來加工成零件。機械壓力機工作時由電動機通過三角皮帶驅動大皮帶輪（通常兼作飛輪），經過齒輪副和離合器帶動曲柄滑塊機構，使滑塊和凸模直線下行。

1.2 擠壓金屬型材產品的流程非常重要，做為企業金屬材擠壓，對產品的精度要求較高，所以好的制度流程尤為重要。金屬擠壓過程實際是從產品設計開始的，因為產品的設計是基于給定的使用要求，使用要求決定了產品的許多最終參數。如產品的機械加工性能、表面處理性能以及使用環境要求，這些性能和要求實際就決定了被擠壓金屬種類的選擇。而同一中金屬擠壓出來的金屬型材性能則取決于產品的設計形狀。而產品的形狀決定了擠壓模具的形狀。設計的問題一旦解決了，則實際的擠壓過程就是從擠壓用金屬鑄棒開始，金屬鑄棒在擠壓前必須加熱使其軟化，加熱好的金屬鑄棒放入擠壓機的盛錠筒內，然后由大功率的油壓缸推動擠壓桿，擠壓桿的前端有擠壓墊，這樣被加熱變軟的金屬在擠壓墊的強大壓力作用下從模具精密成型孔擠出成型。

1.3 根據圖紙或者樣品了解此產品的規格尺寸，確定有無擠壓難點，應如何控制。經雙方確認圖紙就可以安排就行模具制造。金屬型材熱擠壓模具不同于一般的機械零件加工，而是介于機械加工與壓力加工之間的一種工藝性設計。除了應參考機械加工所需遵循的原則以外，尚需考慮熱擠壓條件下的各種工藝因素。模具設計好以后需要進行加熱，同時金屬棒應該加熱到擠壓所需的溫度，然后擠壓試樣。接著，試樣出來的半成品需要由技術人員對尺寸表面等進行仔細地檢驗，如果不合格，應該制定詳細的模具返修方案，待確認后，可再進行模具設計。最后進行表面處理，如氧化，噴涂，拋光等等，表面處理后在進行成品檢驗，包括尺寸形位公差，表面是否劃傷，硬度檢驗等等。在生產流轉過程中，按區域推放，防止磁刮傷和表面的污染。

2 金屬擠壓技術發展應用

2.1 近些年來，除了改進和完善正、反向擠壓方法及其工藝之外，出現了許多強化擠壓過程的新工藝和新方法，并獲得了實際應用。像舌型模擠壓、平面組合模擠壓、變斷面擠壓、水冷模擠壓、扁擠壓、寬展擠壓、精密氣、水（霧）冷在線淬火擠壓、半固態擠壓、高速擠壓、冷擠壓、高效反向擠壓、等溫擠壓、特種拉伸-輥矯、形變熱處理等新技術新工藝，對于擴大鋁型材的品種，提高擠壓速度和總的生產效率，提高產品品質，發掘鋁型材的潛力，減少擠壓力，節能節資，降低成本等方面，都有積極的意義。

2.2 連續擠壓時塑性變形過程包括擠壓型腔變形區和擠壓模腔變形區兩個過程，其中擠壓型腔變形區是指輪槽和擋料塊組成的變形區域，包括孔型軋制區、摩擦剪切變形區、鐓粗區、粘著區、直角彎曲擠壓區等五個變形分區。

2.3 目前，活塞材料主要是鋁合金，而鋁合金活塞應用最多的鑄造工藝是擠壓鑄造，還有鍛造和金屬型鑄造，它們各有其優缺點。金屬型鑄造加工簡單，生產成本較低，但容易產生縮孔、縮松等鑄造缺陷，導致活塞力學性能較低，難以滿足使用要求。鍛造活塞常溫力學性能高，高溫耐熱疲勞性好、塑性好，能滿足大功率發動機的要求。但鍛造活塞加工量大，生產成本高，僅適用于某些要求較高的大型活塞或高速活塞。擠壓鑄造為介于上述兩者之間的鋁活塞成形技術，是將液態金屬在高壓下充型和凝固的精確成形鑄造技術，又稱為液態模鍛。

3 影響金屬擠壓加工的工藝因素

3.1 擠壓速度和溫度

在連續擠壓加工母材的生產過程中，擠壓速度和溫度是影響金屬加工質量和使用壽命的重要因素。一般而言，擠壓速度越大，被周圍介質吸收的熱量就越少，則金屬塑性變形的溫度就越高，反之亦然。在擠壓過程中，擠壓速度與溫度密切相關。提高擠壓速度，則擠壓溫度也隨著升高，反之亦然。為了保持擠出產品的形狀整體性，塑性變形區的溫度必須與金屬塑性最好時的溫度相適應。變形溫度對金屬的塑性有著重大影響，就大多數金屬而言，總的趨勢是：隨著溫度的升高，塑性增加。

3.2 材料的冷卻收縮性

金屬在冷卻過程中，由于各部分收縮的非均勻性，容易造成材料表面受拉、內層受壓，從而產生熱應力，影響其表面質量。此外，金屬在冷卻過程中可能發生相變，相變過程導致的體積變化可能使材料晶粒內部產生組織應力，當疊加的應力超過金屬強度時，就會破壞產品的完整性，在材料的內部或表面產生微觀和宏觀裂紋，導致產品形狀變形。為了避免金屬在冷卻過程中產生尺寸變形，必須選擇適當的冷卻速度，并按一定的冷卻規范進行冷卻。

3.3 材料的流動性

所謂流動性是指金屬充滿腔體及模具型腔的能力。若合金的流動性不佳，金屬則無法完全充滿模腔。擠壓制品的組織性能、表面質量、外形尺寸和形狀精度、成材率、擠壓模具的正確設計、擠壓生產效率等，均與金屬流動有著十分密切的關系。

4 金屬擠壓加工加工技術需改進的問題

發展金屬擠壓加工理論與技術時需要重點考慮的項目主要有：減少功耗量，節能降耗；減少外部摩擦，提高變形效率；提高精度；利用各向異性、內部應力、變形熱處理等方法提高產品綜合性能；有效利用廢料和開發綜合利用技術，提高回收率和成品率；防止缺陷產生或利用缺陷；提高工模具品質和使用壽命；減少工序；增加單位時間的產量及節省勞動力，實現高速化、自動化、連續化生產；清潔生產，改善環境，降低勞動強度；降低造價，降低成本；發展新用途、新功能、特種性能和多功能的新材料。金屬擠壓加工是利用金屬塑性成形原理進行壓力加工的一種重要方法，通過擠壓將金屬錠坯一次加工成管、棒、T型、L型等型材。金屬擠壓機是實現金屬擠壓加工的最主要設備。

結語

金屬擠壓工藝是一種優質、高效、低消耗的少無切屑加工工藝，在汽車、機械、輕工、航天航空、軍工、電器等制造領域得到越來越廣泛的應用。金屬擠壓技術，作為一種先進的制造技術，在原材料價格不斷上漲、市場競爭日趨劇烈的情況下，開拓了進一步研究和推廣應用的廣闊前景。

參考文獻

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鉭資源的現狀。鉭鈮礦物的存在形式很復雜且多種多樣。含有鉭的主要礦物有鉭鐵礦、重鉭鐵礦、黑稀金礦和細晶石等。冶煉錫的廢渣中也含有鉭，也是鉭的重要資源之一。目前全世界已經確定的鉭儲量是36.4萬噸，澳大利亞、加拿大、巴西以及非洲諸國的鉭資源含量占全球的85%。其中澳大利亞的鉭儲量最高，居世界第一位。

鉭資源的開采。位于澳大利亞珀斯的瓜利亞采礦公司經營者格布什斯和沃吉納兩座礦山，是世界上最大的鉭礦開采廠家。瓜利亞公司鉭礦石儲量約占世界鉭礦石總儲量的75%，到目前為止，它可為全球提供50%以上的鉭原料。另外，加拿大、巴西、中國和南非也都是重要的鉭生產國。泰國和尼日利亞的鉭是從煉錫爐中提取的。格林布什和沃吉納兩個鉭礦的產能都非常的大，足以滿足鉭工業的需求。而其他鉭礦的產能僅占格林布什或者沃吉納任何一個礦產產能的10～25%。據目前統計，世界上礦山多位于政治不穩定的地區或終年寒冷、難以開采的地帶。

鈮資源的現狀及其開采

鈮資源的現狀。鈮資源的儲量世界已經探明的約有1150萬噸。其中已知的礦床中鈮含量大約有1980萬噸。巴西的鈮儲量最多，占世界鈮儲量的91.1%。巴西的CBMM、Catalao公司和加拿大的奈奧貝克公司是世界鈮礦石和鈮產品的主要供應商。

鈮資源的開采。目前世界上最大的鈮鐵礦開采公司是巴西的pitinga礦山，它是由巴西的paranapanema集團公司經營和管理。其鈮資源的儲量大約為2.01億噸。

根據中國儲礦量2007年統計，我國鉭礦產分布于13個省（區）的92個礦區，Ta2O5的總保有量是8.4萬噸，位居世界首位。從地區的分布上來看，江西鉭礦資源最為豐富，內蒙古和廣東稍次。這三個省占我國鉭總儲量的72.5%。而我國Nb2O5的總保有量是388萬噸，僅次于巴西，位于世界第二。我國鈮的工業儲量大約為660萬噸，以鈮為主的礦產區有99處。

江西宜春鉭鈮資源是我國乃至亞洲的最大的鉭鈮礦產。我國的鉭鈮礦產有一半以上都來自宜春礦產。我國一些特大或者大型的鉭鈮礦產大都規模小，礦脈分散，鉭鈮礦物嵌布粒度細，原產礦品位低，賦存的狀態很差，能大規模露采的礦山較少，因此經濟資源不多。同時，選礦處理量很大，可選性小，回收率不高，回收投資的周期較長。我國沒有獨立的鈮礦山，鈮往往與稀土和鉭混合在一起，難采難分難選，回收率也很低。

鉭鈮的需求現狀

鉭的主要用途是電容器中的鉭粉和鉭絲，鈮是鐵基、鎳基等超級合金的添加劑，在原子能工業中可以用作反應堆的結構材料和核燃料材料，另外，鈮在航空業及宇航工業可用作熱防護、結構材料和導航裝置等。近年來，由于計算機、手機、數碼相機和車載電子系統的廣泛應用，鉭的需求逐漸增加，其精礦的價格也逐步回到正常水平。而隨著工業的快速發展，鈮的需求也呈上升的趨勢。我國現有20多家鉭鈮冶煉廠，他們能夠獨立生產全系列的鉭鈮加工產品，除了滿足我國工業發展需要外，還有大批量的高中低端產品進入了國際市場，因此，對鉭鈮的需求很大。

我國鉭鈮工業的進步與發展

我國的鉭鈮業自1956年起開始研究，經過50多年的發展進步，已經實現了“從小到大、從軍到民、從內到外”的轉變。特別是1995年以來，我國的鉭鈮業的投資熱不斷升溫，鉭生產和鈮應用呈現出快速發展的勢頭，除寧夏東方鉭業股份有限公司、九江有色金屬冶煉廠、株洲硬質合金有限公司、廣東從化鉭鈮冶煉廠和廣西栗木有色金屬工業公司這5家鉭鈮業骨干企業的不斷升級外，廣東佛崗佳特、衡陽金新萊孚以及廣東多羅山蘭寶石等企業抓住時機、趁勢而起成為鉭鈮加工業的后起之秀。目前，我國鉭鈮制品的產量（折合成金屬鉭）約800噸，占世界總產量的三分之一，中國鉭鈮業成為世界鉭冶煉加工第三強國，進入了世界鉭鈮生產大國的行列。

近年來，我國的鉭鈮冶金技術取得了不小的進步，主要以905廠在鉭粉、鉭絲和鉭鈮濕法冶金技術的進步為代表，我們在采選工藝、冶金和加工工藝上均取得了進步與創新，同時我們也致力于鉭鈮新用途、新性能和新材料的研究與開發。

對我國鉭鈮工業發展中存在的問題的思考

雖然我國已經成為世界鉭工業生產大國，但是我們還不是鉭鈮工業的生產強國。其主要原因是：第一，鉭鈮是不可再生的稀有金屬，我國很難再建大規模的鉭鈮礦山。鉭鈮工業的原料不能自給自足，沒有形成長期穩定的原料供應渠道，如果發生市場波動，我們將無法抵抗。第二，我國鉭鈮業的自主開發能力不夠強，大多數新產品是在歐美和日本開發之后才進行開發的。第三，我國鉭鈮工業雖然已經有很大的發展，但是除了寧夏東方鉭業股份有限公司生產的電容器級鉭粉和鉭絲等產品外，我國鉭鈮制品大多生產的都是低端產品，高檔產品生產力不足；高比容鉭粉產品的一致性、穩定性和對不同電容器的適用性不夠，所以產銷量較少，在市場上的占有率僅僅16%左右。另外，鉭鈮工業發展缺少合理的規劃、正確的指導和適時的調控，企業重復性建設嚴重，生產力過剩的問題十分突出，同行業的競爭十分嚴重，各企業的經濟效益普遍較低。如何使我們的鉭鈮工業得到更好的發展，我國鉭鈮工業面臨的共同難題。

針對鉭鈮業目前的發展中存在的這些問題，我們提出以下建議：

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關鍵詞：金屬焊接雕塑 發展歷史 關鍵技術 發展趨勢

引言

2012年9月，在新疆克拉瑪依市白堿灘區舉行了一場別開生面的展覽：《白沙灘金屬焊接雕塑公園――第一回廢舊金屬焊接雕塑實驗展》{1}。國內外10余名雕塑家創作的41件大型雕塑在白沙灘國家3A景區對外開放，吸引了大量游客的目光。早在2002年，內蒙古黃河三盛公水利風景區就開始開發利用水利工程建設過程中廢棄的工程材料和機電設備，其后若干年陸續創作了大型環保雕塑“同心鎖”、“天下第一箏”和“機器人”等人文和藝術氣息濃厚的作品，并成為國內第一個廢舊金屬雕塑公園{2}。這些金屬雕塑主體公園的落成無疑將大眾的目光聚焦到了“金屬雕塑”這一科學與藝術交叉融合、激動人心的領域。

金屬雕塑通常是利用焊接、切割等技術，通過金屬在焊接、切割等過程中發生變化而最終形成獨特的藝術作品，故常被稱為“金屬焊接雕塑”{3}，也有人歸之為“直接金屬雕塑”{4}或者“動態雕塑”{5}，在本文中統一稱為金屬焊接雕塑。與傳統的鑄銅、石刻、木雕等仰仗雕塑家“手藝”的門類不同，金屬焊接雕塑考驗的是雕塑家的眼力和心塑能力，完全無需事先打底稿，而是利用機器直接加工金屬材料和廢棄的機器零件等，通過金屬材料的變形和組合完成最終的架構和造型。

金屬焊接雕塑的歷史可以追溯到遠古時代，現代焊接雕塑在西方也已有百年歷史。在中國，直到上世紀80年代末才有美術學院陸續開設金屬焊接雕塑課程。目前國內不少藝術高校雕塑系基本都有這門課程，然而其學術價值和市場價值仍然有待發掘。本文試圖在時間尺度上厘清金屬焊接雕塑的歷史發展脈絡，在空間尺度上詳細剖析其涉及的關鍵科學技術問題，從而歸納分析其未來發展趨勢。冀望未來有識之士能借助中國工業化進程的大好形勢，把金屬焊接雕塑更好地應用到城市空間和鄉村土地上。

一、發展歷史

金屬材料自人類文明誕生以來，對社會生產的發展一直都起著舉足輕重的作用，特別是工業革命以后，已經成為工業生產中最為基本的組成部分。現代金屬焊接雕塑可追溯到電弧焊的出現。1881年，法國Cabot實驗室的Auguste De Meritens利用電弧熱焊接了蓄電池用鉛板。隨后其俄國學生Nikolai N. Benardos先后申請了英國、美國專利，但這些發明僅限于碳弧焊。1890年，底特律的C.L.Coffin獲得了關于金屬極電弧焊的美國專利。隨后100余年，焊接技術不斷發展，例如，1903發明了鋁熱劑焊；1930年發明埋弧自動焊；1953年發明了CO2氣體保護焊；1951年和1957年先后發明了激光焊和等離子弧焊{6}。正是焊接技術日新月異的發展，為金屬焊接雕塑藝術的出現奠定了堅實的科學技術基礎。

金屬焊接雕塑的發展大致可以分為三個階段：孕育期、成長期和成熟期。金屬焊接雕塑這一領域起始于歐洲，孕育于20世紀初。1900年，西班牙的岡薩雷茲（Julio Gonzalez）率先利用焊接技術，使金屬直接焊接成型，制作了以《仙人掌1號》為代表作的金屬雕塑作品{7}。《堂?吉訶德》（1929）和《梳發女子》（1931―1933）也是其典型代表作；1929年他與立體主義運動的創始人畢加索（Pablo Picasso）合作，一起創作雕塑和鐵線結構，例如《金屬線結構》和《花園中的婦女》（1929―1930）{8}。1912～1914年間，畢加索與另一位立體主義運動的創始人勃拉克（Georges Braque）合作創作了第一件貼有金屬片的集合藝術品《吉它》，現存放于紐約現代美術館{9}。1930年畢加索利用自行車車把和車座巧妙組合也制作了金屬焊接雕塑作品《公牛頭》（圖1）{10}。岡薩雷茲的作品也受過羅馬尼亞的布朗庫西（Constantin Brancusi）的影響，后者從19世紀20年代就開始創作自己的金屬雕塑，他將形體的單純、簡約看成雕塑語言的核心并賦予傳統的材料和工藝手段以新的理性內涵{11}。通過以上敘述不難看出，20世紀初到20世紀30年代是金屬焊接雕塑的孕育期，而且這一領域由于在萌芽時期就受到現代繪畫和雕塑藝術的熏陶，因此一出現就站在了很高的起點上。

金屬焊接雕塑的成長期是20世紀40年代到20世紀60年代，這一時期典型的代表人物是戴維?史密斯（David Smith）{12}。戴維?史密斯1906年出生于美國印第安納州，從小對機械十分感興趣。在美國完成金屬加工制造和繪畫技術的學習后，于20世紀30年代接觸到岡薩雷茲的焊接金屬作品。鋼鐵厚重、有力、冷酷的材質之美與當時結構、力量、強悍的時代氣息的一致性使他決心終其一生獻身于鋼鐵的雕塑創作。在此期間他游歷了歐洲諸國，并于1938年在紐約成功舉辦了第一次個人金屬雕塑的展覽。1940年，他創辦“終點站鐵工廠”工作室，潛心藝術創造。1942―1944年，他通過焊接工人雇員的經歷，受機車巨大尺寸的啟發，慢慢將直接金屬雕塑向紀念性方向發展。1950年代，戴維?史密斯進入藝術創作的多產期。其50年代典型的代表作有《字母》（1950）、《埃及風光》（1951）、《哈德遜河風景》（1951）等。戴維?史密斯的作品從未脫離立體主義和構成主義的基本原則――明晰的結構，但也有自己獨特的風格。例如在立體主義設法把兩度空間擴大到四維時，他卻把一些雕塑的三度空間消減到兩維，因此其作品風格多變，對后人影響很大。1961年起史密斯開始創作《立方》系列（圖2），這些作品大量運用各種尺寸的立方體組建如建筑般的宏偉結構。這種藝術成為美國抽象雕塑的先導，并直接影響了上世紀60年代以后興起的極少主義藝術。同樣是在60年代，他還為意大利政府創作了另一種藝術風格迥異的系列雕塑《沃特里》。《沃特里》所用材料并非新制造的，而是利用了一家工廠的現成品。這種新的雕塑技術常被稱之為“集合主義”――一種將立體主義和超現實主義結合在一起的手法。總而言之，戴維?史密斯的雕塑作品是美國機器時代典型產物，他在吸收歐洲現代雕塑的創作理念并發展壯大的過程中起到了關鍵性的作用。

  史密斯的作品對英國的安東尼?卡羅（Anthony Carro）和飛利浦?金（Philip King）產生了很大影響。卡羅在1959接觸史密斯后，開始通過焊接或螺栓組裝金屬構件來創作抽象雕塑，形成拼裝鋼板和網格形式后再涂上大膽的平面色彩{13}。在史密斯作品的基礎上，卡羅又前進了一步，他把雕塑從底座上拿下來，直接放置到地面上，使雕塑不再是高高在上僅僅供人欣賞的物品，而是與周圍環境相呼應，拉近了雕塑和觀眾的距離。他早期的作品《正午》（1960）和《夏天之后》（1968）是這方面典型的代表作{14}。另一位受史密斯的金屬雕塑大師是菲利浦?金，金也是卡羅在英國圣馬丁藝術學校（St.Martin School of Art）的同事。金在雕塑上的創新，是由對不同材料的探索驅動的，在上世紀60年代后期，鋼開始取代玻璃纖維和塑料成為他的主要材料。他特意在倫敦之外成立大型工作室以加工大尺寸的鋼板。1969年的作品《卷盤3》是軟鋼用鋅噴射加熱而成。他早期雕塑作品的表面總是涂滿顏色，厚重的顏色是金當時作品的一個核心元素{15}。

金屬焊接雕塑的成熟期是20世紀70年代到20世紀80年代。標志就是在此期間卡羅和金等人一道，在英國的圣馬丁藝術學校建立了現代雕塑教學體系，培養了一大批在英國乃至世界的著名雕塑家，如白瑞?弗蘭那根（Barry Flanagan）、托尼?柯瑞格（Tony Cragg）、理查德?迪肯（Rrchard Deacon）和比爾?伍卓（Bill Woodrow）等。目前全世界所采用的金屬雕塑教程和教學方法基本上是延續了從岡薩雷斯到史密斯再到卡羅的雕塑傳統，把雕塑家看作工匠和手工藝者，將材料和工藝過程看作藝術創造的重要組成部分，把雕塑語言的探索融入對鋼鐵的切割、鍛造、焊接的工藝過程之中。

通過金屬焊接雕塑的發展歷程可知，作為20世紀發展起來的新的藝術形式，科技的發展使金屬材料廣泛應用到社會生產生活的各個領域，時代思想的推動使金屬焊接雕塑成為可能。如今，金屬現成品作為現代工業文明重要觀念載體，已經成為雕塑藝術中重要的藝術表現形式。

盡管金屬焊接雕塑在國外的發展如火如荼，但在國內卻發展緩慢。計劃經濟體制時期，為適應廣泛的社會需要，中央美術學院成立了雕塑工作隊，之后組建了中國雕塑工廠，并更名為中央美術學院雕塑藝術創作研究所，成為中國雕塑發展的中堅力量。早在1958年，中國美院的李秀勤就開始做金屬焊接雕塑{16}，但直接金屬雕塑作為國內藝術院校的課程卻是始于20世紀90年代了{17}。1997年，我國香港著名金屬雕塑家文樓先生向中央美術學院雕塑系捐建了“文樓金屬工作室”的基本設備，大大促進了金屬雕塑的教學。此后，伴隨著經濟的迅速發展和社會需要的增大，各類美術院校紛紛建立雕塑專業，招生數量年年創新高，雕塑設計如雨后春筍般發展壯大。金屬雕塑教學作為美術院校一個重要的雕塑學科基礎，中國美院、魯迅美術學院、清華美院和廣州美院等院校都建立了各具特色的金屬教學體系。中國雕塑學會也于2008年9月在北京798創意廣場舉辦了“金屬之聲”雕塑展，力圖推動創作和學術研究。但不得不指出，就中國當代雕塑的整體狀況來看，有關金屬雕塑與抽象雕塑的創作與研究，還不夠深入與全面。如何從學術基礎的層面提升中國金屬雕塑的藝術水準，除了需要藝術家組織更多的學術展覽外，也需要精通金屬加工技術的專業人士介入來共同推動中國金屬雕塑的現代轉型。

中國的金屬焊接雕塑在計劃經濟體制下產生，并在市場經濟條件下發展壯大。在市場經濟的背景下，隨著國民素質的不斷提高、藝術創作的前衛性及焊接雕塑與經濟發展相適應的理性思考日趨增強，必將推進中國的焊接雕塑的市場化進程。

二、關鍵技術

金屬焊接雕塑需要那些金屬加工方面的關鍵技術呢？顯然焊接技術是最為關鍵的；其次，切割技術在不少金屬雕塑作品中往往也是必不可少的；最后，為了使最終作品更加美觀，往往輔助一些熱處理、酸處理、著色、拋光和涂刷等工藝措施。本文這一部分將重點介紹焊接和切割方面的專業知識。

根據國際焊接協會的定義，焊接是指通過加熱或者加壓或兩者并用，使被焊材料達到原子間的結合，從而形成永久性連接的工藝{18}。焊接需要外加能量，如火焰、電弧、電阻、超聲波、摩擦、等離子弧、電子束、激光和微波等都可以為其所用{19}。常規的焊接方法主要是焊條電弧焊、氣體保護焊和埋弧焊。目前來看在金屬焊接雕塑創作中得到應用的主要是手工電弧焊、氬弧焊和CO2氣體保護焊。但隨著該領域的進一步發展，不排除一些先進的高能束焊接方法如電子束焊、等離子弧焊和激光焊等得到開發和應用。切割往往是金屬焊接中必不可少的步驟。金屬切割的方法也很多，比如火焰切割、等離子切割、激光切割等，主要根據所要求的切割質量和經濟性方面來選擇。考慮到一些大型的金屬焊接雕塑往往是露天擺放，因此不可避免會面臨風化、生銹等問題，所在選材時要考慮金屬材質的物理和化學穩定性問題，必要時在作品完成后進行一些輔助的工藝措施處理。此外，金屬材質不同，其焊接性往往差別很大，對從事雕塑創作的人員也有必要了解一下這方面的知識。

1.手工電弧焊。手工電弧焊是一種最常見的焊接方法。雖然焊接技術日新月異，各種新的焊接方法層出不窮。但手工電弧焊一直在工業生產中占有非常重要的地位。由于其操作簡單、入門容易、設備便于攜帶、對外部條件也沒有特殊的要求，所以手工電弧焊在金屬雕塑創作中也可以大顯身手。手工電弧焊焊接的質量固然與操作者的技術有關，但焊接參數的有效把握才是關鍵。主要的焊接技術參數有焊條的種類和直徑、焊接電流和電壓、焊接速度和焊接層數等。選擇焊條時一般考慮“等強原則”，即要求焊縫金屬與母材等強度。對形狀復雜或厚大的構件應選用抗拉性好的低氫焊條；對坡口不便于清理的構件應選用對水銹不敏感的酸性焊條。焊條的直徑是根據焊件厚度、焊接位置、接頭形式和焊接層數等進行選擇的。根據工件厚度選擇時可參照表1{20}。焊接電流是手工電弧焊的主要焊接參數，也是在操作過程中需要調節的參數，而焊接速度和電弧電壓都是由焊工控制的。焊接電流的選擇要充分考慮焊條直徑、焊接位置和焊道層次等因素，表2是常用的各種直徑焊條適合的焊接電流參考值{20}。

  2.氬弧焊。氬弧焊是用氬氣作為氣體保護的一種電弧焊，即用氬氣把空氣與焊接區域分隔，防止焊區的氧化{21}。氬弧焊可分為鎢極氬弧焊（TIG）和熔化極氬弧焊兩種。TIG焊的優點是由于熔池受氬氣保護，可以得到高質量的焊接接頭，幾乎所有金屬和合金都可使用這種焊接方法；電弧穩定，可以焊接從半個毫米到100毫米不同厚度的板材；焊接位置不受限制；焊接去幾乎無煙塵和飛濺，便于觀察焊接施工情況。正是由于這些優點，在金屬焊接雕塑創作中TIG焊是除手工電弧焊外另一種被廣泛采用的焊接方法。圖3是筆者帶領的大學生創新團隊利用手工氬弧焊將4mm×50mm厚1mm的不銹鋼長竿與15mm厚0.8mm的不銹鋼球焊接起來的實例。需要指出的是TIG焊要求操作者經過較長時間的培訓并具有靈巧的操作技藝。另外，根據使用的電源種類，TIG焊分為交流、直流及脈沖TIG焊三種。直流TIG焊又可分為直流正接和直流反接兩種，前者指工件接電源正極，鎢極接電源負極，后者則相反。大多數金屬（除鋁、鎂），一般選擇直流正接為好；鋁、鎂及其合金則以選用交流鋁、鎂為好，若是薄件，也可選用直流反接法。熔化極氬弧焊是熔化極惰性氣體保護焊（MIG）的一種，可適應大型構件和所有金屬，也可進行全位置焊接。與TIG焊不同，MIG焊采用焊絲作為電極，電流可以很大。但缺點是MIG焊所用氬氣比TIG焊多，氬氣的價格也相對較貴。在金屬焊接雕塑創作時，可以根據實際情況選擇合適的焊接方法。在對焊縫成形控制不是很嚴格的情況下，用CO2氣體取代氬氣的CO2氣體保護弧焊不失為一種選擇。后者也是MIG焊的一種，具有焊接速度快、焊接變形小、抗銹能力強、焊接成本低的特點，可廣泛應用于低碳鋼、低合金鋼等黑色金屬的焊接。

3.高能束焊接方法。高能束流（Hign Energy Density Beam）加工技術包含了以激光束、電子束和等離子弧為熱源對材料或構件進行特種加工的各類工藝方法{19}。高能束焊接的功率密度可達105W/cm2以上，具有可精密控制的微焦點和高速掃描技術的特性，可實現位材料的深穿透、高速加熱和高速冷卻的全方位加工。其中電子束焊（Electron Beam Welding）是利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或者非真空中的焊接所產生的熱能進行焊接的方法，既可以焊接結構龐大的構件，也可以焊接微小精密的構件。變截面電子束焊技術的出現，可以實現復雜構件的一次焊接成形。激光焊（Laser Beam Welding）是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊接所產生的熱量進行焊接的方法。激光焊可以與MIG焊復合，焊縫成形美觀。等離子弧焊（Plasma Arc Welding）是借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用，獲得較高能量密度的等離子體弧進行焊接的方法。需要說明的是，目前先進的高能束焊接方法在金屬焊接雕塑創作中應用的例子還很鮮見，但由于高能束焊獨特的優勢和一些新工藝的不斷涌現和普及，進入金屬雕塑領域是遲早的事。

4.切割技術。金屬焊接雕塑固然可以充分利用現有的金屬材質，但有時為了更能體現雕塑家的思想可能需要對金屬材質進行機械加工。其中進行切割就是一種最重要的手段。金屬切割的方法有火焰切割、等離子切割和激光切割三種，主要是根據金屬的類型、厚度和數量來選擇。火焰切割是應用最早的，20世紀初已經出現{22}。其原理是通過燃料氣體（如乙炔）和氧氣和鋼鐵產生化學反應來加熱金屬。優點是設備成本低廉、缺點是僅適合切割碳鋼等，對不銹鋼和鋁則不適用。另外，割炬需要預熱并且隊操作者的使用技巧要求很高。等離子切割是20世紀50年明的一種通過精確控制電弧來切割金屬的方法{23}。其優點是可以適用于很多不同種類的金屬，例如：低碳鋼、不銹鋼、鋁和銅等有色金屬。缺點是設備復雜，成本較高。激光束切割和激光焊接一樣，出現于20世紀50年代{24}。主要有氣體和固態兩類。其優缺點和等離子切割比較類似，但與后者相比，激光可用于精密切割，可以切割非常薄的鋼材。圖4（a）和（b）是北京工業大學激光工程研究院利用激光二維和三維精細切割的自行車藝術品和航空發動機葉形孔，其中不銹鋼板材的厚度都是1mm。

篇7

關鍵詞：機電一體化；控制原理，應用

前言：現代科學技術的飛躍發展，對不同學科的交叉與滲透起到了極大的推動作用，引起了工程領域的技術改造和革命。機電一體化作為機械技術與微電子技術相互融合發展的結晶，打破了傳統的機械工程、建筑工程、控制工程等舊單元模塊的劃分，形成了集機械技術、計算機技術等技術為一體的新興交叉學科。

1.機電一體化技術的控制原理

PC機控制一個機器運動是機電一體化技術典型的代表。就現代工業來說，基本上由PC機發出的電子信號，然后被機械識別，最后由電動機拖動。對于控制電動機的起動、停止、調速和制動，一般需采用接觸器或電子元件，通過控制電動機電路的通斷實現【1】。

接觸器要控制電動機電路的通斷，主要是控制線圈的電源，即：接觸器的線圈通電，使其觸頭改變狀態，由原來的斷開的變成閉合，或者原來的閉合的變成斷開。由于計算機輸出的信號功率太小，而控制接觸器一般需要較大的功率才能工作。因此，為了實現對電動機的工作狀態的控制，需要通過斷電器或其它元件對控制信號進行功率放大，再用放大后的信號控制接觸器的通電與斷電。

有觸點的控制系統是采用繼電器、接觸器控制的電路系統，是較早采用的控制方案，目前仍具有相當廣泛的應用；現在的控制系統很多采用晶閘管、晶體管等作為控制元件，稱為無觸點控制系統【2】。計算機輸出的信號同樣需要進行功率放大，然后控制允許通過的較大電流、能承受高電壓的晶閘管或大功率晶體管。通過控制信號控制晶閘管或大功率晶體管，實現晶閘管或大功率晶體管接通或斷開電動機的主電路，從而控制電動機工作。

2.機電一體化技術的應用

縱觀我國機電一體化的發展歷程，可發現機電一體化在我國的起步發展是較晚的，為此，大量的基礎理論與技術未能得到較好的研究，國內也未能涌現出強大的自助研發能力，前期只能研究國外的機電一體化產品，從中獲得經驗和技術成果。但是，20世紀80年代起，機電一體化技術得到了國務院的重視，成立了專門的機電一體化領導小組，并納入了“國家863計劃”。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發展動向，以及由此可能帶來的影響【3】。在國內，許多研究機構、高校設立專門項目、專業課程來研發、學習該技術，部分大型企業也對機電一體化技術的發展及應用做了大量工作，取得了一定的成果，具體有以下幾個方面的突出表現。

2.1 在現代機械制造業中的應用

傳統的機械制造業是建立在規模經濟的基礎之上，靠企業規模、批量生產、產品結構和重復性來獲得競爭優勢，主要強調的是資源的有效利用，以低成本獲得高效率、高質量，其盈利來自于機器取代人，復雜的專業加工取代人工技能。而先進的機械制造業則不同，是以信息為主導，采用先進的生產模式、制造系統、制造技術、組織管理的全新機械制造業，具有網絡化、虛擬化、智能化、全球化以及環保綠色化的特征。現代制造業集成了現代科學技術的發展，充分利用電子計算機技術，使制造技術提高到新的高度【4】，近年來，制造工程領域也相繼誕生了很多的新技術，如：計算機數字控制、現代集成制造系統、柔性制造技術等。

2.2 在煤礦行業中的應用

隨著工業的快速發展，向機電要產量、要效益是煤炭行業提出的新要求和目標。機電一體化在煤炭行業中有著小型化、智能化、數字化、綠色化的發展方向。

機電一體化技術在煤礦含有中的應用主要體現在一下幾個方面：（1）在線監控、故障自診、自動報警，即對煤礦機械的電動機、傳動系統、工作裝置、制動系統和液壓系統等的在線運行狀態監控，出現故障能動報警并準確地指出故障的部位；（2）節能降耗，提高生產效率，例如：井下使用的膠帶輸送機、通風機、提升機等，使用變頻起動、PLC控制系統，節電量就為30％左右，同時生產效率也大大提高【7】；（3）自動化或半自動化程度的提高。煤礦機械實現自動化或半自動化控制，可以減輕操作者的勞動強度，提高生產效率，并減少因操作者的經驗不足對作業精度的影響。

2.3 在數控機床中的應用

機電一體化技術在數控機床及相應的數控技術中的使用，經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度等方面都得到了迅速提高【9】，主要體現在一下幾個方面：（1）總線式、模塊化、緊湊型的結構，以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置；（2）能同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去，實現了多過程、多通道控制；（3）WOP技術和智能化的運用，系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制；（4）系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力；（5）硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益，實現了開放性設計；（6）數控功能、CNC系統控制功能，得到豐富和加強的大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計。

結束語：

機電一體化將會促使機械工業發生戰略性的變革，也會使傳統的機械設計方法、設計概念發生革命性的變化。本文對機電一體化技術的控制原理及主要應用領域進行了討論闡述，大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且也是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。

參考文獻：

[1]郭致江.機電一體化技術淺析[J].中國電子商務，2011,2:102-103.

[2]董金森，張小揚.論機電一體化技術[J].有色金屬加工，2009，38（1）：51,55-58.

[3]郝明煥，湯宏偉.機電一體化的應用[J].科技論壇，2011，（19）：72-72.

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關鍵詞：模具制造；表面工程技術；稀土表面工程；納米表面工程

引言

國際模具協會專家認為：模具是金屬加工業的帝王。而模具材料又是模具工業的基礎。但即使是新型模具材料仍難以滿足模具的較高綜合性能的要求。表面工程是當前材料科學與工程領域中表現較為活躍、發展較為迅速的分支。表面工

程具有學科的綜合性，手段的多樣性，廣泛的功能性，潛在的創新性，環境的保護性，很強的實用性和巨大的增效性，因而受到各行各業的重視。表面工程技術在模具制造領域中的應用，在很大程度上彌補了模具材料的不足。

可用于模具制造的表面工程技術十分廣泛，既包括傳統的表面淬火技術、熱擴滲技術、堆焊技術和電鍍硬鉻技術，又包括近20年來迅速發展起來的激光表面強化技術、物理氣相沉積技術（PVD）、化學氣相沉積技術（CVC）、離子注入技術、熱噴涂技術、熱噴焊技術、復合電鍍技術、復合電刷鍍技術和化學鍍技術等。而稀土表面工程技術的進展和納米表面工程技術的興起必將進一步推動模具制造的表面工程技術的發展。表面工程技術應用于模具型腔表面處理，可達到如下目的：

（1）提高模具型腔表面硬度、耐磨性、耐蝕性和抗高溫氧化性能，大幅度提高模具的使用壽命。提高模具型腔表面抗擦傷能力和脫模能力，從而提高生產率。

（2）經表面涂層或合金化處理過的碳素工具鋼或低合金鋼，其綜合性能可達到甚至超過高合金化模具材料及硬質合金的性能指標，從而可大幅度降低材料成本。

（3）可以簡化模具制造加工工藝和熱處理工藝，降低生產成本。

（4）可用于模具型腔表面的紋飾，以提高制品的檔次和附加值。

（5）可用于模具的修復等再制造工程。

1 熱擴滲技術

熱擴滲技術是用加熱擴散的方式使欲滲金屬或非金屬元素滲入金屬材料或工件的表面，從而形成表面合金層的工藝。其突出特點是擴滲層與基材之間是靠形成合金來結合的，具有很高的結合強度，這是其它涂層方法如電鍍、噴鍍、化學鍍、甚至物理氣相沉積技術所無法比擬的。常用于熱擴滲的合金元素包括碳、氮、硅、硼、鋁、釩、鈦、鎢、鈮、硫等。上述元素都已在不同程度上應用于各類模具型腔表面的強化。隨著熱擴滲技術的不斷發展，二元乃至多元共滲工藝在模具表面強化中發揮越來越大的作用。對不同滲入元素或不同模具種類而言，最佳滲入工藝也不盡相同，這里介紹在模具表面強化中應用最多的幾種熱擴滲工藝。

1.1 滲碳

滲碳具有滲速快、滲層深、滲層硬度梯度與成分梯度可方便控制、成本低等特點，能有效地提高材料的室溫表面硬度、耐磨性和疲勞強度等。滲碳工藝應用于模具表面強化的第一個方面是低、中碳鋼的滲碳。滲碳應用于冷作、熱作和塑料模具上，都能提高模具壽命。對于注塑模，特別是在成形對型腔起磨粒磨損的塑料制品時，可采用20#鋼粗加工成模，進行型腔表面滲碳，再經過精加工拋光后投入使用，除了可以降低表面粗糙度外，模具的耐磨性也會相應提高。又如3Gr2W8V鋼制壓鑄模具，先滲碳再經1140℃-1150℃淬火，550℃回火兩次，表面硬度可達58-61HRC，使壓鑄有色金屬及其合金的模具壽命提高1.8 - 3.0倍。

滲碳工藝應用于模具表面強化的第二個方面是“碳化物彌散析出滲碳”，簡稱CD滲碳法。它是采用含有大量強碳化物形成元素（如Cr、Ti、Mo、V）的模具鋼在滲碳氣氛中加熱，在碳原子自表面向內部擴散的同時，滲層中會沉淀出大量彌

散合金碳化物，如（Cr·Fe）7C3、、（Fe·Cr）3C、V4C3、TiC，從而實現了CD滲碳。CD法滲碳層中，滲層表面含碳量（質量分數，下同）高達2% - 3%，彌散碳化物含量達50%以上，且碳化物呈細小均勻分布。CD 滲碳件直接淬火或重新淬火回火后可獲得很高的硬度和優異的耐磨性。經CD滲碳的模具心部沒有出現象Cr12型模具鋼和高速鋼中的粗大共晶碳化物和嚴重碳化物偏析，因而其心部韌性比Cr12MoV鋼提高3-5倍。實踐表明，CD滲碳模具的使用壽命大大超過消耗量占冷作模具鋼首位的Cr12型冷作模具鋼和高速鋼。

在對各類模具進行滲碳處理時，主要的滲碳工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳以及近20年來迅速發展起來的真空滲碳及離子滲碳。其中，固體滲碳和氣體滲碳應用廣泛，但真空滲碳和離子滲碳技術由于具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形等特點，將會在模具表面尤其是精密模具表面處理中發揮越來越重要的作用。

1.2 氣體法低溫熱擴滲

氣體法低溫表面熱擴滲工藝在模具的表面強化處理中占有十分重要的地位。其處理工藝簡便，擴滲溫度較低，能適應冷作模具、熱作模具以及塑料模具等對型腔表面的各種要求。常用的擴滲工藝有滲氮、軟氮化（鐵素體氮碳共滲）、氧氮共滲、硫氮共滲乃至硫碳氮、氧氮硫三元共滲等方法。

1.2.1 氣體滲氮與離子氮化工藝

將氮滲入鋼件的過程稱為鋼的氮化或滲氮。氮化層的硬度高950-1200HV），耐磨性、疲勞強度、紅硬性及抗咬合性均優于滲碳層。由于氮化溫度低（一般為480℃-600℃），工件變形很小，尤其適應一些精密模具的表面強化。例如，3Cr2W8V鋼壓鑄模、擠壓模等經調質并在520℃-540℃氮化后，使用壽命較不氮化的模具提高2-3倍。又如，從德國引進的熱沖模經解剖分析，發現其表面約有140μm的滲氮層。美國用H13鋼制作的壓鑄模具，不少都要進行氮化處理，且以滲氮代替一次回火，表面硬度高達65-70HRC，而模具心部硬度較低，韌性好，從而獲得優良的綜合力學性能。

氣體氮化法是采用最為廣泛的滲氮工藝。離子氮化法是為解決氣體氮化工藝工效低、時間長而發展起來的工藝，其特點是滲氮速度快、滲層成分及其梯度易控制、節能、省氣、滲層質量好、工作環境好等。

1.2.2 氣體軟氮化（鐵素體氮碳共滲）

軟氮化是將鋼件在570℃左右加熱，以尿素或氨氣或醇類裂化氣為滲劑，向鋼內同時擴滲碳、氮原子的熱擴滲工藝。氣體軟氮化比氣體氮化滲速快、所需費用低，將其應用于冷、熱作模具鋼，可提高模具的耐磨性、抗高溫氧化性和抗粘著性。

2 熱噴涂與噴焊技術

2.1 熱噴涂技術

熱噴涂技術是將噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態，用高速氣流將其霧化、加速，使其以高速噴射到工件表面，形成耐磨、耐蝕以及抗高溫氧化等特殊性能涂層的表面涂層方法。按加熱噴涂材料的熱源種類來劃分，主要有燃氣法、電氣法和高能束加熱法三類。熱噴涂層由于不致密，與基材結合強度不高，在模具表面強化中難以發揮作用，于是涂層重熔使之與基材形成冶金結合、降低氣孔率工藝的熱噴焊就應運而生。

2.2 熱噴焊技術

熱噴焊工藝特別是氧乙炔火焰噴焊工藝簡便，設備投資少，便于推廣，廣泛應用于模具表面的強化，提高耐蝕性、耐磨性和延長使用壽命，經濟效益十分可觀。

3 氣相沉積技術

氣相沉積技術按照成膜機理，可分為化學氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）兩大類。

3.1 物理氣相沉積

在真空條件下，以各種物理方法產生的原子或分子沉積在基材上，形成薄膜或涂層的過程稱為物理氣相沉積。按照沉積時物理機制的差別分為真空蒸鍍（VE）、真空濺射(VS）和離子鍍（IP）三種類型。其中采用多弧離子鍍膜方法鍍覆TiN、TiC 耐磨涂層已在工模具表面強化方面取得了廣泛的生產應用。

3.2 化學氣相沉積

化學氣相沉積是采用含有膜層中各元素的揮發性化合物或單質蒸氣，在熱基體表面產生氣相化學反應，反應產物形成沉積涂層的一種表面技術。該技術在機械工業中發揮了巨大的作用，特別是一些如氮化物、碳化物、金剛石和類金剛石等

超硬膜的沉積，大大提高了如模具等工件的耐磨、耐蝕性。

轉貼于 4 復合電鍍技術

電鍍層的應用，主要是在防蝕與裝飾方面。復合電鍍層的出現，為解決高溫腐蝕、高溫強度和磨損，提供了一種很有前途的方法。采用復合電鍍，可以制備各類耐磨鍍層。如采用基質金屬———金剛石顆粒的復合鍍層、Ni-P-SiC復合鍍層，用于工模具表面具有良好的耐磨性。近年來，為了提高復合鍍層的耐磨性，采取了如下措施：

（1）采用合金鍍層，包括Ni-Co、Ni-Mn、Ni-Fe、Ni-P鍍層等，代替單金屬鍍層，以較大幅度地提高模具表面的硬度。

（2）采用硬Cr層作為基質金屬，可比純Cr層耐磨性提高1- 3倍。

（3）采用聚四氟乙烯（PJFE）作為共沉積微粒制備的Ni-PJFE復合鍍層常用于橡膠模和注塑模的脫模鍍層。在摩擦磨損試驗機上的試驗結果表明Ni-PJFE復合鍍層的磨損量是硬Cr層的1/10，光亮Ni層的1/50左右。

5 復合電刷鍍技術

采用鎳、鈷、二氧化鋯復合電刷鍍液，使處理的模具型腔表面耐磨性大為提高，并有較高的硬度，鍍層表面比較理想，與本體結合力強，經拋光后達到鏡面，成本低，應用廣泛。針對熱鍛模具、沖壓模具、注射模具用量大、制造周期長、成本高的特點，利用復合電刷鍍不僅可強化模具型腔表面，還可修復型腔面（屬再制造工程），從而延長模具壽命。如在模具型腔表面刷鍍0.01-0.02mm的非晶態鍍層，可使壽命延長20%-100%。

6 化學鍍技術

化學鍍的均鍍能力強，由于沒有外電源，沒有電流密度的影響，鍍層可在形狀復雜的模具型腔基材表面均勻沉積。特別是化學鍍Ni-P層，其硬度可達1000HV，已接近一些硬質合金的硬度，而且具有相當高的耐磨能力。Ni-P鍍層無疑會在模具型腔表面強化中發揮作用。據文獻報道，化學鍍Ni-P層目前已用于鋅壓鑄模、注塑模等模具，起到了良好的強化作用，提高了模具的壽命。

7 高能束技術

激光束、離子束、電子束是三大高能束。由于它們的能量密度極高，對材料表面進行加熱時，加熱速度極快，整個基體的溫度在加熱過程中基本不受影響。這樣對處理件的形狀、性能等也不產生影響。因此采用這三大高能束對模具型腔進行表面改性，正引起了人們的關注。如利用激光材料表面強化技術（包括激光相變硬化（LTH）、激光表面合金化（LC）、激光表面熔覆（LSC）等），在聚乙烯造粒模具上熔覆CO-包WC或Ni基合金涂層等，可得無氣孔的致密熔覆層，降低模具型腔表面粗糙度，大大減小磨損。

8 稀土表面工程技術

稀土表面工程技術中極少有直接使用純稀土金屬的，絕大多數使用稀土化合物，最常見的幾種化合物有CeO2、La2o3、LaF3、CeF3、CeS2、Y2O3及稀土硅鐵等。表面工程中加入稀土元素通常采用化學熱處理、噴涂、電沉積、氣相沉積和激光涂覆等方法。

稀土元素對化學熱處理的影響主要表現為有顯著的催滲作用，大大優化工藝過程；加入少量稀土化合物，滲層深度可以明顯增加；改善滲層組織和性能。從而提高模具型腔表面的耐磨性、抗高溫氧化性和抗沖擊磨損性。

利用熱噴涂和噴焊技術，將稀土元素加入涂層，可取得良好的組織與性能，使模具型腔表面具有更高的硬度和耐磨性。

物理氣相沉積膜層性能的優劣和膜與基體結合強度大小密切相關，稀土元素的加入有利于改善膜與基體的結合強度，膜層表面致密度明顯增大。同時，加入稀土元素可以使膜層耐磨性能也得到明顯改善，例如應用于模具型腔表面的超硬TiN膜（加入稀土元素），使模具型表面呈現出高硬度、低摩擦系數和良好的化學穩定性，提高了模具的使用壽命。

轉貼于 含稀土化合物的涂覆層，可大幅度提高模具金屬材料表面對激光輻照能量的吸收率，對降低能耗和生產成本，以及推廣激光表面工程技術都有重要意義。稀土涂覆層經激光處理后，組織和性能發生明顯改善，涂覆層的硬度和耐磨性顯著

提高，耐磨性是45#鋼調質的5-6倍。對加入CeO2的熱噴涂層進行激光重熔，研究發現合金化層的顯微組織明顯改變，晶粒得到細化。激光重熔加入稀土后的噴焊合金，稀土化合物質點在其中彌散強化，降低晶界能量，提高晶界的抗腐蝕性能，模具型腔表面的耐磨性也大大增強，有的文獻報道稀土元素提高了耐磨性達1-4倍。另外，有研究發現，加入混合稀土化合物的效果優于單一稀土化合物。

把稀土元素加入鍍層可采用電刷鍍、電鍍等電沉積方法。稀土甘氮酸配合物的加入使鍍層防氧鈍化壽命明顯提高；稀土元素有催化還原SO2的作用，可以抑制Ni-Cu-P/MoS2電刷鍍鍍層中MoS2的氧化，明顯改善了鍍層的減摩性能，提高了抗腐蝕的能力，使模具型腔表面的耐磨壽命延長近5倍。

9 納米表面工程技術展望

納米表面工程是以納米材料和其它低維非平衡材料為基礎，通過特定的加工技術、加工手段，對固體表面進行強化、改性、超精細加工，或賦予表面新功能的系統工程。因其以具有許多特質的低維非平衡材料為基礎，它的研究和發展將產生具有力、熱、聲、光、電、磁等性能的許多低維度、小尺寸、功能化表面。與傳統表面工程相比，納米表面工程取決于基體性能和功能的因素被弱化，表面處理、改性和加工的自由度擴大，表面加工技術的作用將更加突出。傳統材料表面的低維化材料生長、組裝，以及利用低維化材料對傳統材料進行表面超精加工是納米表面工程的主體技術。納米表面工程技術是極具應用前景和市場潛力的。據德國科技部統計，在2000年材料表面的納米薄膜器件組裝和超精度加工的市場容量接近6000億美元。

9.1 制作納米復合鍍層

在傳統的電鍍液中加入零維或一維納米質點粉體材料可形成納米復合鍍層。用于模具的Cr-DNP納米復合鍍層，可使模具壽命延長、精度持久不變，長時間使用鍍層光滑無裂紋。納米材料還可用于耐高溫的耐磨復合鍍層。如將n-ZrO2納米粉體材料加入Ni-W-B非晶態復合鍍層，可提高鍍層在550-850℃的高溫抗氧化性能，使鍍層的耐蝕性提高2-3倍，耐磨性和硬度也都明顯提高。采用Co-DNP納米復合鍍層，在500℃以上，與Ni基、Cr基、Co基復合鍍層相比，工件表面的高溫耐磨性能大為提高。在傳統的電刷鍍溶液中，加入納米粉體材料，也可制備出性能優異的納米復合鍍層。

9.2 制作納米結構涂層

熱噴涂技術是制作納米結構涂層的一種極有競爭力的方法。與其它技術相比，它有許多優越性：工藝簡單，涂層和基體選擇范圍廣，涂層厚度變化范圍大，沉積速率快，以及容易形成復合涂層等等。與傳統熱噴涂涂層相比，納米結構涂層在強度、韌性、抗蝕、耐磨、熱障、抗熱疲勞等方面都有顯著改善，且一種涂層可同時具有上述多種性能。

筆者認為納米表面工程技術必將在精密模具型腔表面處理中發揮作用。