新黄河记者:黄敏
一张薄如纸张的非晶带,用手轻轻一撕就裂开了。而事实上,一片不到0.03mm的薄膜可以承载近一吨的重量。这看似普通的材料蕴含的能量让人惊讶。7月13日,山东省新旧动能转换“五年取得突破”重点项目观摩活动走进地处青岛即墨区的中航发磁性材料产业园。新黄河记者获悉,该项目所生产的是目前世界上最先进的3种软磁材料,建成了全球最先进的非晶薄带和纳米晶产线,是全国首个“双碳软磁产业园”,是科技驱动高质量发展的典范。
1/2500秒内从1600多℃冷却至100℃,非晶空载损耗节能近80%
7月13日,记者来到中航发磁性材料产业园磁合金粉末生产现场,这里有着国内最先进的真空雾化磁合金粉末生产线,面向特斯拉、格力等众尖端企业提供高性能磁材及器件;特斯拉电动汽车电控系统主要部件OBC充电板就是该产品的典型应用。据悉,园区内所有生产设备及工艺均为云路股份自主研发,拥有完全独立的知识产权。
“研发雾化粉末至今仅有7年,目前已研发至4代技术,未来,我们将通过进一步研发迭代,为高性能合金粉末钢、3D打印所需粉末积淀技术。”青岛云路先进材料技术股份有限公司(以下简称“云路股份”)相关负责人说。
距离该生产线不远的展厅内,一个高度约半米的环件站立,用手一摸,仍微微烫手。这是云路打造的全球最先进的非晶合金薄带生产线所产产品。
“这是非晶带材打造的环件,是将1600多摄氏度的高温合金在1/2500秒急速冷却至100℃所生产。”云路总经办负责人告诉新黄河记者,能实现这样极端的热工艺控制,得益于云路股份自主研发的全套生产设备,该设备可实现吨量级的单炉产量,远超国内同行。
这样的极端制造技术正是该产业园软磁材料诞生的“母基”。对于这种极端制造技术,云路相关负责人给出了更为形象的说法——冬天在零下40℃的东北,在户外将100℃热水洒向天空,冷却速度是1000℃/s,而非晶带材冷却速度是100万℃/s,一次成型为厚度仅有约0.03mm的薄带,厚度与头发丝差不多。由于这种超音速的冷却速度,导致金属原子还来不及找到排列顺序就被冻住了,因此,非晶材料在显微镜下是液态的,又被称为“液态金属”或“金属玻璃”,用手即可轻松撕开,但却是迄今发现的载荷力最强的金属材料,一片不到0.03mm的薄膜可以承载近一吨的重量,具有优异的导磁导电性、耐蚀性、耐高温等性能,是目前最节能的电力装配变压器用关键材料,比硅钢空载损耗节能近80%。
“比如,非晶变压器空载损耗比传统变压器降低60%—80%,假设一台同容量的变压器,传统一小时空载需要消耗100度电,非晶只要20-30度电。”该负责人说,非晶材料是全生命周期节能的产品,可以回收利用。
“纳米晶合金”是世界上最先进的软磁材料之一,也是中航发磁性材料产业园的第三项主要产品。
“目前诸多高端智能穿戴、手机等品牌的无线充电材料已使用云路纳米晶。纳米晶可以把粒子加速至0.7倍光速,是癌症靶向治疗仪、粒子对撞机等的核心材料。”该负责人说,纳米晶是电子产品高频化、小型化、高效率趋势下的必然选择。
历经十余年突破非晶材料产业化,连续3年产销量全球第一
采访中,新黄河记者了解到,作为2018 年山东省新旧动能转换优选项目,云路股份投资建设的中航发磁性材料产业园,投资十数亿元,占地面积 90 亩,于2019 年 3 月开工建设,2023年将达到满产状态。
诞生仅1年多,该产业园的拉动效果显著。2018年至2020年,云路业务规模7.2亿,随着产业园投产,2021年销售额攀升至9.4亿元,发展速度可见一斑。
高速发展的背后,科技创新的推力功不可没。
云路技术负责人告诉新黄河记者,加速器用超薄纳米晶带材等多款产品打破国外技术封锁,解决了加速器领域长期以来的“卡脖子”问题,实现国产替代。尤其是非晶产业跑出了“加速度”。
据了解,非晶产业涉及多学科交叉渗透,技术准入门槛较高,20世纪之前非晶技术垄断在美国、日本等国家手中。在切入软磁材料领域前,云路已先后实现中国微波炉、变频空调等家电磁性器材的进口替代,并在核心磁性器件领域连续超10年市场占有率居全国第一。2008年,意识到材料是国家磁性器件的“卡脖子”难题后,云路启动“非晶合金薄带”的研发。
在没有现成模式和经验借鉴,科研技术力量和研发条件极度缺乏的行业背景下,云路历经十余年累计投入数亿元,仅2008年至2013年就投入5亿元,经过1400多个昼夜的不懈努力,最终实现了非晶合金薄带产业化,解决了材料进口替代问题。自2018年起,云路生产的非晶带材已连续多年产销居全球首位,成为非晶产业的“独角兽”,全面超越了曾经的行业龙头企业。
“在我们非常迷茫的5年里,坚定的信念、科学的方法以及有效的组织助力我们持续前进。当时董事长带着我们全员梳理知识体系,买了很多钱学森的《空气动力学》,梳理产品的技术序列和知识系列。我们做了无数次实验,仅技术资料就近200G。”该技术负责人说。
如今,在国家双碳战略下,以非晶变为代表的高能效变压器迎来了巨大的发展风口。截至目前,云路已累计生产30万吨非晶带材,这些材料1年可以比传统材料减排二氧化碳近200万吨,相当于每年再造了1/2个巴黎面积的绿地。
得益于科技创新,云路研发的磁合金粉末、非晶带材、纳米晶三大产品竞相迸发,中航发磁性产业园迎来高速发展,已建成全球最大、最先进的非晶合金薄带生产基地;建成全国首个磁合金粉末及器件垂直工厂。这些最先进的软磁已广泛应用于电力配送、新能源汽车、新基建、轨道交通、消费电子、白色家电、加速器等领域。
“得益于持续深耕,科研创新的推力和市场应用的拉力让我们企业获得了快速发展。”该技术负责人说。
编辑:周末
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