除了在铝行业开展了一系列卓有成效的科研活动之外，澳大利亚xx科工研究组织“轻金属旗舰”对镁钛的生产技术也进行着研究开发，为澳大利亚创建一个{sjj}的、集成的轻金属产业作出了应有的贡献。

澳大利亚xx科工研究组织（CSIRO）“轻金属旗舰”（Light Metals Flagship，以下简称旗舰）的主要工作目标是开发技术，计划到2012年每年为汽车和消费产品部门带来3亿澳元的价值，到2020年将增加澳大利亚的GDP10亿澳元。在镁生产方面，旗舰着力于研究增加产能的新技术，以期在成本低，对环境影响小的基础上建立一个澳大利亚镁工业。在钛生产方面，旗舰的目的是削减成本，在不断加工和整合下游制造业的基础上，到2012年创建一个{sjj}钛工业。

镁生产：研究增加产能的新技术

在低成本、对环境影响小的生产基础上，旗舰正努力建立一个澳大利亚镁工业。

镁是一种强度高的轻金属，其重是铁的20%，铝的65%。其可铸性、耐冲击性和热传导性使它在汽车行业越来越具有吸引力。车辆可以在不影响强度的情况下更轻，这将大大提高燃油效率，并有助于减少温室气体排放，这些在这个xx汽油价格上涨和气候变化影响的时代，都是重要的考虑因素。

澳大利亚目前不产镁，但拥有丰富的镁矿石（如菱镁矿和白云石），并对它的特性充分了解。世界市场对镁的需求是每年增长5%，而镁价格昂贵，这对于澳大利亚进入这个市场是一次机会，但关键是要找到更具成本效益和更节能的工艺技术。

旗舰长期致力于研究这方面的技术，比如“碳热直接还原镁”技术。旗舰正在研究将“碳热还原法”替代目前直接生产金属镁的“硅热还原法”和相关电解工艺。

1.“直接碳热还原镁”技术

比起当前正在使用的生产镁的其它方法，“碳热还原”具有更有效和更节约成本的潜力。产镁工艺过程包括碳和氧化镁的反应，在1500°C及以上时，氧化镁会反应产生金属镁蒸汽和一氧化碳气体。但以这种方式生产镁也存在挑战，即当蒸汽冷却后，镁和二氧化碳将会氧化反应生成氧化镁和碳。这就限制了这个工艺过去在商业上的成功应用。

旗舰正在调查研究在氧化反应发生前隔离镁的两种方式：一是使用超速喷管迅速降温镁蒸汽；一是使镁溶解于金属溶剂中。

旗舰的研究人员正设计一种系统，只要一产生镁蒸汽，就能使它快速冷却。系统原理是，高温的镁蒸汽和一氧化碳气体以4倍音速通过拉瓦尔喷嘴，这样可使蒸汽冷却的速度大于100万摄氏度/秒，然后镁从冷却物中蒸馏出，随时准备处理。通过进行高温试验和采用先进正确的模型，这种做法目前正在优化。

另一种杜绝氧化的方式是使镁溶解于溶剂，而不是产生镁蒸汽。在这一过程中，一氧化碳从反应器中溢出，使镁溶解在金属溶剂中。然后，镁可以很容易被分离出来并处理。当前的工作重点是：物色合适的溶剂、测量反应速率、完善反应器设计。

该项目小组由CSIRO迈克·内格尔领导，已经在实验室里证明这两个工艺的基本理念，现正专注于提高产品质量和产量。

2.T-Mag技术

旗舰研究人员正在开发一种新的镁合金铸造工艺，可用于生产复杂形状，能减少2/3的部件重量，如汽车发动机块等部件。

汽车行业{ldz}将轻巧的镁部件产品视作汽车省油的主要贡献者。然而，目前生产了世界85%的镁合金部件的高压铸造工艺却问题多多。首先，利用传统铸造技术的金属产量低，大约只能产出50%左右。也就是说，约7公斤的金属只能生产出3.5公斤的铸造件。未使用的镁又无法轻易回收，因为重融造成的氧化物或其它化合物会污染合金，产生额外的生产成本。其次，高压铸造无法生产具有复杂内部中空特征的产品，而利用砂芯来实现这些特征时，它又无法与铸造工艺所采用的高注射压力和速度兼容。其它用于镁的铸造工艺，如利用沙子、重力或低压铸造同样也有局限性，因此，研究开发新的符合成本效益的工艺至关重要。如旗舰正在开发的一种新铸造工艺——T-Mag技术。

T-Mag技术是一种结合了所有常用铸造工艺{zj0}功能的技术，它可使铸件质量几乎没有缺陷，还可进行热处理和焊接。T-Mag技术不需要施加压力或处于真空中来填模，相反，模具从底部顺利地填充，能尽量减少压铸过程中的氧化物产生和气体截流。它使金属利用率更高，3.5千克的铸造件大约只需要3.7千克金属。T-Mag连铸机将熔化和铸造结合在一个独立、紧凑的单元。不同于高压压铸，T-Mag技术还可以用来制造复杂的具有内部特点的产品，如发动机组，横构件及摩托车摇摆臂等。

T-Mag技术项目小组已经建起一个试点规模的设备，并成功地用于铸造示范镁合金轮毂。铸造更复杂形状的尝试还在进行中。让项目小组特别感兴趣的是新一代合金在高温中的应用，但当前对利用T-Mag技术生产出的合金的表现还知之甚少。小组还将研究和开发集中于用合理的低成本优化工艺控制，以确保T-Mag技术生产的铸件质量一致。这包括热控、模具外壳、金属过滤器、铸件缺陷减少及模具设计等方面。计算机模拟在这个项目中也发挥了重要的作用。下一阶段是将工艺规模化，来生产完整的部件。CSIRO目前正在寻求业界合作伙伴进一步共同开发这一技术。

钛生产：削减一半成本

旗舰研究的目的是在不断加工和整合下游制造业的基础上，到2012年在澳大利亚创建一个世界规模的钛工业。

钛有着与钢铁一样的强度，但重量却只有它的一半，钛还具有抗腐蚀性和较高的熔点，这些特点使它对工业应用极具吸引力。钛也具生物兼容性，使其成为{dywe}的适合人类的关节替代品。尽管钛广泛应用于航空航天，但它成本昂贵、生产困难，阻碍了它更广泛的工业应用，如在水陆运输、建筑、水、化学和海洋产业方面的应用。

含钛元素的钛铁矿和金红石是大部分油漆、颜料、塑料和陶瓷产品的原料。澳大利亚拥有世界{yl}的矿砂资源基础，但目前还没有钛金属工业，尽管它已经拥有优秀的资源基础、低能源成本和熟练的劳动力，充分体现着钛金属生产中心的位置。

旗舰研究是利用CSIRO涵盖整个钛价值链的优势——从钛矿物的特性到制造的产品——来开发能{zd0}限度提高这些优势的成本削减工艺和生产技术，在澳大利亚建立一个具有全球竞争力的{sjj}钛工业。
1.降低钛金属生产成本

在流化床技术基础上，CSIRO新的TiRO™工艺比传统方法生产商业纯钛速度更快、成本更低。

澳大利亚拥有世界上{zd0}的钛矿石储量，但迄今没有相关的生产或加工产业，因此也无法充分体现这一资源的经济潜力。自1948年以来，钛金属生产使用的主要工艺一直是克罗尔（Kroll）工艺，它的性质以及众多后期制作完善的必要步骤使它成为一个高成本的工艺。这个工艺受到广泛批评：缺乏过程强度、金属产量少、对环境造成不利影响、威胁职业健康安全。

借鉴CSIRO在流化床技术（固体颗粒悬浮在气体中，表现得像流体）方面的专业优势，旗舰研究人员已经研究出一种削减钛金属生产成本的工艺。TiRO™工艺能在不断减少四氯化钛的基础上，生产钛粉末。这个工艺非常有效，如果成功，预计将减少单元操作规模，从而降低成本。该技术还能灵活改变钛微粒产生时的形状和大小，这将使这项技术在制造步骤（粉末可以直接合并）就拥有优势，避免了进一步的熔化步骤。

研究小组已经建起一家试验工厂，其纯商用钛的生产能力为200克/时。在理念证明阶段取得成功之后，研究小组开始着手设计一个系统证明设施，它生产钛金属的标准能力将达到2000克/时。这个发展阶段包括展示一体化和优化工程因素，如过程控制、材料建设和规模化。这个阶段也计划生产更多数量的样品，以促进第三方的评价和发展巩固制造技术。

旗舰正在寻求合作伙伴，以支持下一阶段的大规模行动，引导打造商业钛设施。

2.高性能钛合金

CSIRO的专利技术有可能降低这些粉末合金的生产成本达90%。

钛合金明亮、强度高、耐腐蚀、具有生物兼容性。每年钛合金的生产超过2万吨，费用超过10万澳元/吨。这些钛合金大部分以锭的形式生产并用于航空业。

CSIRO也能生产钛铝化物，一种新兴的材料，能在高温的氧化环境中反应。尽管标价高达30万澳元/吨，但预计对钛铝化物的需求将在未来10年内上升。

CSIRO的技术高度通用，可直接从低成本原料生产合金粉末。在以下方面已经有所需求：赛车、喷气发动机、汽车排气阀。它们可以在下列领域代替镍基超合金：航空航天、汽车、能源。

以CSIRO实验室为基础的连续生产工艺产能约150克/时。扩大该合金工艺的工作正在进行。

3.生产超薄钛箔的技术

低成本连续生产钛金属箔的新技术正在被开发，这有可能大幅度打开广泛应用这一多功能金属的市场。

虽然钛已在航空航天、化工、石化、近海石油和天然气工业等领域被使用，但由于生产成本高，钛在其它领域的使用受到限制。每千克半成品钛产品（箔、管和条）的成本高于锭的两倍，因此新的制造技术需要削减制造成本至少50%。

旗舰正在开发一种利用钛粉末生产低成本钛合金箔的工艺。虽然钛粉末的市场价格在过去六个月中已增加三倍，但新一xx发低成本粉末技术的出现——如CSIRO的TiRO™工艺，为下游制造应用提供了一个机会。目前的生产重点是最终产品同时又是焊接管前身的薄箔。用来生产不同厚度薄箔的独特压实方法正在研究开发，研究者已经压实实验室样品超过99%，目前正在探索一个连续生产工艺。

钛合金箔的项目已有样品生产，达到了理念证明阶段。CSIRO主要进行设备投资，以使这一技术在试点规模得到展示。（编译  张小红）

本文刊登于《世界有色金属》2009年第5期，转载请与编辑部联系。