朱强教授：半固态成形技术在汽车轻量化上应用前景可期！
——专访国家“千人计划“特聘专家 朱强博士
前言：随着国内汽车轻量化技术开发与应用的不断深入，半固态成形技术作为汽车轻量化的一种新工艺，受到汽车业越来越多的关注。该技术在欧美和日本等发达国家的汽车领域已有广泛的应用，国内半固态成形技术开发与应用状态如何，汽车轻量化大潮能否给半固态成形技术的发展带来新的机遇。带着这些疑问，近日中国汽车材料网对北京有色金属研究总院首席专家，国家“千人计划”特聘专家朱强教授进行了专访，以下是采访实录：
北京有色金属研究总院首席专家， “千人计划”国家特聘专家朱强博士
中国汽车材料网（Auto-Material，以下简称AM）：朱教授，您好，非常荣幸能有机会采访到您。半固态成形技术应该是您的主要研究方向之一，也是国际上这一领域的权威专家。对于国内汽车领域，对这些技术还不是非常了解，请您简要介绍一下半固态成形技术的概念及主要的工艺过程？
朱教授：半固态成形技术是对具有一定液相组分的固液混合浆料进行压铸、挤压或模锻成形，是一种介于普通铸造和锻造之间的成形方法。20世纪70年代以来，该技术得到了欧美和日本等发达国家的普遍重视，已先后对铝、镁、铜、钢铁等合金和复合材料在半固态工艺试验和理论等方面开展了广泛的研究。
半固态成形技术是利用非枝晶半固态金属(Semi-Solid metals，简称SSM)独有的流变性和搅熔性来控制铸件的质量。可分为触变成形和流变成形。
触变成形：如果浆流变浆料凝固成锭，按需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热(即坯料的二次加热)至金属的半固态温度区(金属锭称为半固态金属坯料)。利用金属的半固态坯料进行成形加工的方法为触变成形。其工艺过程包括触变坯料制备、二次加热、半固态成形（如压铸等）、锯切、固熔、时效、喷丸/抛丸。
流变成形：在金属凝固过程中，控制金属的形核和其长大过程，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料(固相组分一般为50%左右)，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形。流变成形的工艺过程包括熔炼、流变坯料制备、半固态压铸、锯切、固熔、时效、喷丸/抛丸。
AM:轻合金的半固态成形技术相对铸造和锻造工艺的特点有哪些，存在哪些优势？
朱教授：铸造成本较低、但组织粗大，有铸造缺陷，力学性能较低；锻造机加工的方法成本很高，但组织细小均匀，无铸造缺陷，力学性能较高；而采用半固态成形技术既可以获取基本同锻造机加工一样的力学性能，成本却和铸造相当。
AM:朱教授团队在国内半固态成形技术的开发方面取得了哪些进展？突破了哪些核心技术？
朱教授：我2010年回国后，加入了北京有色金属研究总院，组建了半固态成形技术开发团队，经过近6年的研究和开发，成功开发了利用热焓平衡原理制备半固态浆料技术以及半固态压铸成形技术，形成了半固态技术一整套全流程、多尺度的连续稳定的工艺流程和生产示范线。利用热平衡法制备的半固态浆料可以有效地控制铝合金等的氧化物缺陷，满足汽车工业对结构件高质量和大批量生产的需要。依托此技术已经成功开发了98mm和148mm压叶轮、卡箍、骨架接头、合路器等产品，骨架接头已经批量供货，用于某知名品牌电动大巴车上得到实际应用。
团队并形成了6大核心技术：1、半固态合金成分设计原则，2、铝合金熔炼净化技术，3、无缺陷半固态浆料制备技术；4半固态成形模具设计准则，5、模拟仿真与半固态压铸成形技术，6、零部件后处理技术。
AM:半固态成形技术在国外汽车领域的应用有哪些成熟的案例
朱教授：半固态成形技术在国外已经获得成功应用，形成产业化规模。
1.美国：1988年以来，美国AEMP为 Bendix牌小轿车生产了250万个铝合金汽缸头，为Ford汽车公司生产了1500万个铝合金压缩机活塞，成品率近100％；1992年AEMP公司与Superior工业公司合资在美国 Arkansas州建成了全 球首家触变成形铝合金轮毂厂；1993年AEMP公司帮助美国AMP公司建设的有7台半固态成形系统的工厂，用于生产电工铝合金零件；1995年，Concurrent Technologies Corp.为“欧洲人”汽车生产了后部悬挂构件。另外，生产用于LPD-17两栖攻击舰的钛液压操纵阀。
2.欧洲：1985年，Alumax铝业公司将有关触变成形的专利技术向欧洲转让，生产Volvo、BMW和Audi等小轿车的铝合金零件。 1993年 Weber 公司开始用半固态技术为 Nuova Lancia Delta公司生产油料注射挡。1993年瑞士Buehler公司开发出称为SC的半固态压铸设备，并开始进行汽车零件的生产。1996年，德国Alusingen公司建立半固态触变成产线，主要生产悬挂系统结构件1997年，意大利的Stample和Fiat公司开始生产7kg的悬挂结构件。还为福特Zeta发动机的生产了燃油分配器。2000年，意大利的MM公司开始生产喷射油道产品，日生产量为7500件同时，德国的 EFU、法国的 Pechiney SA、瑞士的Alusuisse—Lonza、意大利的Fiat等国际 知名公司已采用了半固态加工技术。
3.亚洲：日本于80年代后期成立了一家由18个成员组成的Rheotech公司，随后对半固态加 工技术进行系统研究，同时加强与美欧著名大学和公司的联系。在1988年3 月至1994年6月期间共投资30亿日圆进行研究开发，下一步转向工业应用阶段；日本レオツク（株）采用流变成形法对半固态AC4C合金（Al-7%Si-0.3%Mg）进行了连杆的压铸。
AM:有色院在汽车半固态成形零部件开发和产业化应用方面开展了哪些工作？
朱教授：除问题2所述的产品外，目前还在压铸行业内推广半固态成形技术。今年3月与深圳压铸协会共同组织成立半固态压铸成形创新联盟，大会有用户、半固态设备厂家、模具生产及配套厂家、压铸企业、原材料供应商、媒体和投资公司等200余人参加，形成一个产学研用的技术产业“生态圈”，从上游、中游、下游形成合力，推广半固态技术的规模化生产，让用户尽快可以用上半固态产品。
AM:您认为半固态铝合金成形技术的在国内汽车领域的应用机会有哪些？有色院在下一步的市场推广、应用合作的方向是什么？
朱教授：半固态技术可以大幅降低零部件的气孔缺陷和氧化物夹杂缺陷，提高产品性能和使用寿命，而生产节拍与通常的液态压铸相当，因此非常适合大规模生产汽车零部件。近几年，由于大气污染，对汽车节能减排提出了更高要求。节能减排其中一个有效措施是汽车轻量化，以铝代钢。这是发展铝合金半固态技术的一个契机。
目前汽车核心零部件如转向节、控制臂、制动泵体发、动机支架、卡钳、支撑塔、变速杆、摇臂、油泵壳体、轮毂、后桥部件等等产品都非常适合用半固态成形技术生产。有研总院下一步将与大学、生产企业和应用企业联合，开展产学研科学研究、技术研发和应用，推广在压铸企业中进行规模化生产，尽快为汽车的升级换代做出贡献。
编后：和国外相比，我国在半固态成形技术领域的研究与应用还相对落后，特别是原创性理论技术研究还需加强。为了我国汽车工业的发展，提高我国汽车工业的水平和在国际市场上的竞争能力，需要采用各种新工艺和新材料来装备我国的汽车工业，而推动半固态金属成形技术在汽车工业中的应用是目前的关键。近些年来，针对节能减排对汽车轻量化加工的迫切需求，半固态成形技术研究工作不断的深入，轻质合金半固态成形技术也不断成熟，半固态成形技术在汽车轻量化上的应用也越来越广泛。
采访结束时我们得知，朱强博士将于9月加入改革前沿深圳市的南方科技大学，进行深入的科学技术研究以及教书育人。期望着朱博士能够在半固态成形理论和技术创新上尽快取得更大成绩，为我国的半固态成形技术领域培养更多高端人才，使我国在该领域的技术创新走到世界前列。
专家介绍：朱强，博士，教授级高工,“千人计划”国家特聘专家，北京有色金属研究总院副总工程师、有色金属加工事业部副主任。国际半固态加工技术委员会执委，科技部863重大专项责任专家北京市科学技术奖励评审专家，有色金属协会专家。
先后参与或主持了中法合作项目、德国国家自然基金项目、英国国家自然基金重点项目、中英国际合作项目以及康明斯全球涡轮增压器关键部件压叶轮和涡轮的制备新工艺和寿命改进项目。发表论文70余篇，出版学术专著1本，国际发明专利3项及中国发明专利1项。先后获康明斯Steve Pawell科技创新进步奖2次和北美国际模具铸造/半固态加工2009优胜奖1次，中国金属学会优秀论文奖1次。