有色金属加工技术范文

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以矿产资源的储量而论，有人说锡林郭勒盟将是下一个鄂尔多斯。那么，锡盟的资源经济之路到底要如何走?《西部资源》杂志记者采访了锡林郭勒盟国土资源局局长游晓阳。

记者：金属矿是锡盟非常重要的矿产资源，锡盟的金属矿资源结构有那些特点，储量开采潜力有多大?

游晓阳：依据大地构造单元和成矿作用特点，锡林郭勒盟由北向南大致划分为四个金属成矿带：一是二连北――阿巴嘎旗北――东乌旗铬、钨、银、铜、镍、铅、锌、铁、稀散元素及金成矿带，这一成矿带上设置金属矿采矿权13处，设置金属矿探矿权146个；二是大兴安岭中南段西坡银、富铅锌、铜、钨、锡、稀有金属成矿带，这一成矿带上设置金属矿采矿权8处，设置金属矿探矿权187个，该成矿带具有巨大的潜在找矿远景；三是苏尼特右旗一锡林浩特金、铁、铜成矿带，这一成矿带上设置金属矿采矿权11处，设置金属矿探矿权121个；四是锡盟南部镶黄旗一多伦金、铁、铜、钛、银、钨、铅锌及非金属成矿带，这一成矿带上设置金属矿采矿权7处，设置金属矿探矿权92个。

目前，新增探明的金属资源储量为：铁矿石量2022.3万吨、铜金属量20多万吨、铅金属量80多万吨、锌金属量260多万吨、三氧化二钨4万吨、锡金属量3.24万吨、镍金属量1.06万吨、钼金属量约70万吨、银金属量3721吨、金金属量36802公斤。

记者：今年是“十二五”的开局之年，未来的几年，锡盟矿产资源的开发与利用是如何规划的?

游晓阳：“十二五”时期的资源发展，以“耗电节水、节能环保、循环利用、延伸发展”为宗旨，全面促进金属矿产勘查开发利用，整合区域金属矿产资源，做大做强金属采、选、冶加工业，提高金属矿产资源综合开发利用水平，逐步将锡盟打造成为百万吨金属矿产冶炼及精深加工基地。

第一，明确目标任务。以科学发展观为指导，依托资源优势，优化发展环境，完善体制机制，引进和鼓励有实力的企业着力推进金属矿产资源的勘查、开发、冶炼及精深加工。进一步勘查增储，扩能改造，整合集聚，加快金属矿产集中开发、规模开采、精深加工的步伐。根据金属矿产成矿条件和资源分布情况，大力发展耗电节水、节能环保、循环利用、延伸发展的金属冶炼及精深加工项目，用5年左右的时间着力打造百万吨冶炼及精深加工基地，实现目标产值超千亿元。

第二，科学合理布局。依托金属矿产优势，重点围绕铜、铅、锌、金、银、镍、锗、钼等金属资源的开发利用，整合资源，优化冶炼和精深加工项目区域布局。重点规划并抓好以下建设项目：阿巴嘎旗以钼为主，建设20万吨，年钼金属冶炼及精深加工项目。苏尼特右旗、苏尼特左旗以金、铁为主，建设10吨／年的金冶炼及精深加工项目，积极推进铁资源精深加工。锡林浩特市以锗、铷为主，促进100吨／年锗产品达产；加快铷资源勘查步伐，及早推动精深加工项目建设。东乌旗以铅、锌、银为主，建设20万吨／年锌、20万吨／年铅冶炼项目。西乌旗以铅、锌、铜、镍为主，建设10万吨／年镍、20万吨／年锌、10万吨／年铜和1000吨／年银冶炼项目。南部旗县要继续加快资源勘查增储，推动矿山扩能改造，积极整合资源，推进规模开采或为盟内精深加工企业提供初级矿产品。

第三，强化责任主体。各旗县市(区)人民政府(管委会)是金属矿产资源开发利用工作的责任主体，要把此项工作作为调整产业结构的重点来抓，按照金盟金属矿产品冶炼及精深加工规划建设目标，科学论证，抓紧组织力量编制实施方案。积极引进和明确项目投资主体，整合和集聚优势资源，完善项目管理措施和制度，着力推进项目建设。资源富集地区要集中培育1-2家有实力的冶炼企业，对探明资源量相对少的地区，原则上由l家企业进行冶炼或精深加工。

记者：通常矿产资源开采，往往会对环境造成一定程度的破坏与污染，特别是锡林郭勒盟是我区著名的大草原之一，对于保护草原与发展经济两者之间如何做到双赢?

游晓阳：首先，实施资源整合方案。以旗县市(区)人民政府(管委会)为主，盟国土、经信等部门依照全盟金属资源禀赋情况和产业政策要求，积极配合旗县市(区)按照金属矿产品精深加工项目建设的总体布局，坚持扶强扶优，以强带弱、以采矿企业为主整合其周边探矿权，对大矿小开的采矿企业进行扩能改造，对环保不达标、破坏浪费资源、开采资源回收率低、效益差和对地方经济贡献率小的采矿企业，由有实力的矿山企业进行整合。

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关键词：铜加工企业 发展 对策

中图分类号:F270 文献标识码:A

文章编号:1004-4914（2011）11-048-02

中国铜加工业历经近60年的创业和发展，已经成世界上重要的铜材生产、消费和国际贸易大国，特别是“十五”期间发展迅速。2010年是“十一五”规划的最后一年，这一年我国铜加工材总产量达100927万吨，同比增长13.60%，再创历史新高，突破1000万吨大关，已连续8年居世界第一位，产量已占世界总产量的1/2以上。

铜材服务于人类已有相当长的历史，然而随着人类社会进入信息化时代，铜材的应用也进入现代技术各主要领域，众多高精尖铜材逐步形成现代铜材群体，从而出现代铜材概念。其广泛应用于电子、电气、通讯、交通运输、半导体产业和机械制造等各个领域。其具有高表面质量\高尺寸精度\性能稳定一致\环境友好\适应高科技术各种功能要求等显著特点，铜材大致在上个世纪50年代进入现代铜材时代，现代铜材的出现得益市场需求和现代技术进步。

一、现代铜材类别概述

现代铜材以集成电路引线框带材和空调散热管为代表，首先在发达国家出现。

中国铜加工产品已基本摆脱传统产品系列，而跨进现代铜材领域，高强高导电材料、高速列车用铜材、现代汽车用铜材、高精尖功能材、复合材料等已成为企业重要生产方向，诞生出一大批热点产品，如高速列车接触线、引线框架、变压器带、电缆带、光伏铜带等，这些产品均已产业化生产。

中国铜加工材品种已发生了巨大的变化，在紧密结合市场和科学技术发展需求中，传统铜加工材已经逐步完成了向现代铜加工材的转变，其重要特点是向高精度、高性能、环保、节能方向发展，许多产品已成为国内外知名品牌，在国内外市场上享有盛誉；产品质量已稳步提高，产品标准水平已处国际先进行列。

中国各主要铜材生产厂家除按国家标准生产外，还可以直接接受世界主要发达国家标准订货，这表明我国铜加工材生产进一步国际化；为了满足国民经济和科学技术对铜材的多方面需求，各铜加工企业还相应制定了许多内部供货技术标准。铜加工材应用方向主要是电力、电子、机械制造，近年来交通运输用铜在迅速增长，主要铜材品种是大长度接触线，产品消费领域已接近发达国家，电力和电子领域消费铜材己达50%以上；主要现代铜材举例见表1。

二、铜材制造基地分布趋势

从目前产能利用率上看，国内铜加工行业产需总体保持平衡，但行业存在集中度低、分布不均匀的情况。据中国有色金属加工协会的统计，1200万吨产能中，铜加工生产企业达1200家，产量大于10万吨的企业只有8家，企业多分布于东南沿海和广东地区，中西部铜加工业相对落后。

以市场为主配置的铜加工产地在沿海区域逐步形成。东南沿海、长江三角洲、珠江三角洲已成为中国铜加工基地，其产量己占全国1/3，环渤海、长江铜加工地带迅速发展。中国铜加工材主要产地集中于经济发达的东南沿海地区，其中浙江省一直处全国第一位，全国领军的铜加工企业也多位于此，代表企业有宁波金田铜业集团、海亮铜业集团有限公司、浙江宏磊铜业集团、宁波兴业盛泰集团有限公司、绍兴力博铜材有限公司、宁波博威有色合金材料有限公司等；江苏、上海地区铜材增幅很大，该地区虽然未新建大型铜加工项目，但在原企业基础上扩产改造取得很大成功。

三、铜加工业现状

1.铜资源短缺。铜是一种人类社会进步不可缺少的宝贵金属材料；它的资源有限与需求旺盛，迫使人们接受如下的现实：铜作为普通材料已成往事，它将以稀缺材料粉墨登场，铜价的推高、铜工业精密化已不可逆转。

我国铜的资源严重短缺，国内资源供给率不足25%，我国精铜(电解铜)产量已居世界第一位，但生产电解铜用原料中铜精矿粉、再生铜等主要依靠进口，国产矿产铜只占1/4，铜原料短缺已成为我国经济发展的严重制约因素，充分利用国外资源，节约铜的消费、做好铜的综合利用，推进技术创新等已迫在眉睫。

精铜90%被加工成各种铜材，因此精铜消费量最大的行业就是铜加工行业，因此如何节省铜的消耗、降低金属消耗指称、开展以铝代铜、充分利用再生铜原料直接生产铜加工材等重要课题。

2.铜加工材市场竞争日趋激烈。中国铜加工业将面临激烈市场竞争，其原因有三：（1）中国铜加工业在近10年经历了大发展时期，其产能迅速扩大，这在世界各国铜加工发展史上都是史无前例的，据不完全统计新建铜板带产能约计120万吨、管棒型产能45万吨、铜线杆和线产能150万吨，全国铜加工产能将新增315万吨，这些新建项目将在2015年前建成，这些项目投产将增加市场竞争；（2）国外发达国家一直以技术、装备优势和高精尖产品抡占中国国内市场，德国、日本是向中国主要出口国；（3）国际铜材市场萎缩，使我国铜材生产企业转向主要开发国内市场。

市场是企业的生命线，是企业的出发点和归宿，市场竞争归根到底取决于产品质量、价格，最终取决于技术。

3.铜加工业正面临结构调整和产业升级。我国国民经济2011年将保持稳定增长，结构调整和产业升级将是经济工作主线，也是铜加工产业的重点，本行业与世界发达国家相比主要差距是大而不强，具体如下：企业数量众多、生产规模小，生产集中度不高，亟待整顿、兼并、重组。据不完全统计全国共有1200多家铜加工材生产企业，产量大于10万吨企业共8家，企业多分布于东南沿海和广东地区，主要铜材生产省份为浙江和江苏；中国铜加工材产地集中于经济发达的东南沿海地区，其中浙江省一直处全国第一位，中西部铜加工业相对落后。

4.生产技术装备落后。我国铜加工技术、装备先进与落后并存，传统经典的生产技术仍然占主导地位，其加工工艺仍然是：合金熔炼、半连续铸造―热加工―冷加工，因此工艺流程长，能耗高，成品率低，环保条件差，迫切需要技术和装备创新。

我国铜加工技术与制备总的评价应该是：先进与落后并存，代表性铜加工企业如中铝洛铜集团等，技术与装备已进入国际先进行列；而广大的中小企业，其技术与装备还停留在上个世纪60年代水平，由此形成了我国铜加工工业大而不强、大而不精的现状，造成了国民经济所需高、精、尖产品主要依靠国外进口解决的被动局面。

5.品种质量水平发展不平衡。在众多铜加工材品种中，空调内螺纹管质量己处世界领先水平，这是中国铜加工行业的骄傲，但其它板带、管棒、型、线等品种质量水平都处于中等水平；产品质量波动、产品精度不高、表面光洁度低、性能一致性和稳定性差。如用于电线电缆生产的铜线杆中铜含量在98.0%~99.90%之间波动，铜含量低将导致电阻增加，导致导体发热，致使电力输送中浪费能源，影响电器安全，缩短使用寿命。大宗产品生产能力过剩，高端产品生产能力不足，部分产品尚需国外进口，如集成电路引线框架用铜合金带，国外正在产业化生产和应用的第二代材料铜-镍-硅合金，而我国目前只能生产第一代引线框架材(铜-铁-磷系合金)；国外发达国家正在迅速发展的可提高散热率3倍以上的外翅片铜管，广泛用于加热装备、化工、舰船、电力等部门，而我国这类管材的开发则刚开始。

6.提高技术经济指标和节能排的任务艰巨。技木经济指标是铜加工整体水平的综合反映，中国铜加工技术经济指标中成品率、金属消耗、电耗明显落后于国外发达国家，这表明我国铜加工还没有摆脱高能耗和高资源消耗的被动局面。

铜加工主要能耗工序有合金熔炼与铸锭、热加工、冷加工各工序所占比例为40%、30%、30%；金属消耗所占比例分别为45%、45%、10%。

铜加工排放物主要：炉渣、烟尘、金属氧化物、工业废水等主要来自熔炼和热加工，约占铜加工全过程的98%，热加工约占全部排放物的20%，某厂的能耗及排污指标如下：熔铸533.4度/吨，板带768.2度/吨，管棒型981.5度/吨，So20.15克/吨，烟尘0.048克/吨，氧化锌0.25克/吨。

节能减排是国家长久方针大计，铜加工产业也是耗能和排污重点，其指标明显落后于国外发达国家，具有节能减排的潜力很大。

四、加快铜加工材技术创新的对策

展望“十二五”期间中国铜加工业发展，做为以导电为特征的最大功能材料加工业―铜加工业来说，新型材料的发展趋势是：高、精、尖、功能化和智能化；产品发展向高精度、高表面、性能高度一致化方向发展；新工艺正向节能、环保、低碳、连续化、短流程化、利用再生铜的资源直接生产铜加工材技术方向发展。我国铜加工业发展战略建议如下：

1.充分利用中国市场经济迅速发展为铜加工提供的资金和市场的历史机会，打造以东南沿海、长三角、珠三角、环渤海、国企改型、原料产地为主体的铜加工产业基地。

2.加快产品结构调整、淘汰落后设备。随着国民经济对有色金属加工材的需求增加，有色金属加工行业迅速壮大，有色金属加工材产能、产量、产品品种都大大增加，在这种背景下，产业结构和优化升级十分重要。因此要有计划的淘汰一批落后的产能，对一些落后的设备进行技术改造。并且要引进新装备新技术，进行装备方面的创新，促使有色金属加工装备朝着自动化、智能化方向发展，满足产品质量提高和新材料、新产品对生产装备技术的要求。未来的有色金属设计研究工作要更加重视产业政策和市场规律，要满足新型产业对有色金属材料、新产品的需求。

3.采用新工艺，进行技术攻关。建立工艺技术的创新管理机制，发展以短流程、节能、环保、高效的生产技术，建设连续化、自动化、专业化生产线；重要产业创新技术有：潜流式铸造、连续挤压、管材行星轧制等。

重点技术攻关方向有：再生铜直接利用技术、合金管材盘管拉伸，高效传热铜管生产技术及品种、环保铜合金开发、引线框架带材生产技术和品种开发；高性价比铜加工装备及整条生产线装备开发。

4.树立低能耗、低排放的设计理念，发展低碳循环经济。为推动节能减排，大力发展低碳经济和循环经济，有色金属加工设计将以低能耗、低排放的设计理念带动有色金属加工行业走上低碳循环经济之路，在工程设计的各个环节的物质和能源消耗，建设低能耗、低排放的有色金属加工企业，从而有限减少温室气体的排放，达到节能减排的目的。

参考文献：

王碧文.铜加工产品和生产技术发展方向[A].2010年中国铜加工技术创新及产业升级大会[C].2010

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一、有色金属行业运行情况

（一）有色金属工业生产平稳增长

据国家统计局初步统计，2013年规模以上有色金属企业工业增加值增长13.3%，增幅比上年回落0.4个百分点，但比全国工业增加值的增幅高3.6个百分点。2013年规模以上有色金属企业工业增加值一季度增长12.2%；上半年增长12.0%，比一季度回落增幅回落0.2个百分点；前三个季度增长12.8%，比上半年增幅回升0.8个百分点；全年增长13.3%，比三个季度增幅回升0.5个百分点。2013年我国十种有色金属年产量首次超过4000万吨，达到4029万吨，比上年增长9.9%，增幅比上年回升2.4个百分点。其中，精炼铜产量683.8万吨，增长13.6%；原铝产量2204.6万吨，增长9.7%；铅产量447.5万吨，增长5.0%；锌产量530.2万吨，增长11.1%。六种精矿金属含量1074.1万吨，比上年增长9.6%。氧化铝产量4437.6万吨，比上年增长14.6%。铜材产量为1498.7万吨，比上年增长25.2%；铝材产量为3962.4万吨，比上年增长24.0%。

（二）投资结构有所优化

据国家统计局初步统计，2013年我国有色金属工业（不包括独立黄金企业）完成固定资产投资额6608.7亿元，比上年增长19.8%，增幅比上年回升了4.2个百分点。其中，有色金属矿采选完成固定资产投资1240.9亿元，增长14.4%；有色金属冶炼完成固定资产投资2064.4亿元，下降1.0%；有色金属压延加工完成固定资产投资3303.4亿元，增长40.8%。其中， 民间投资所占比重达80%，民间项目投资主要集中在东中部地区的深加工项目。2013年，有色金属工业投资特点是加工项目投资大幅度上升，矿山项目投资增幅平稳，有色金属冶炼投资热缓解，投资结构有所优化。

（三）有色金属价格震荡回落

2013年，国内外市场铜、铝、铅、锌等主要有色金属价格总体震荡回落。

2013年伦敦金属交易所，三月期铜收盘价格7360美元/吨，比上年收盘价回落了7.2%；三月期铜年平均价格7352美元/吨，比上年平均价下降了7.5%。三月期铝收盘价格1800美元/吨，比上年末收盘价回落了12.7%；三月期铝年平均价格1888美元/吨，比上年平均价下降了7.9%。三月期铅收盘价格2219美元/吨，比上年末收盘价回落了5.0%；三月期铅年平均价格2158美元/吨，比上年平均价增长了4.0%。三月期锌收盘价格2055美元/吨，比上年末收盘价回落了1.1%；三月期锌年平均价格1940美元/吨，比上年平均价下降了1.3%。

2013年上海有色金属交易所，三月期铜收盘价格52280元/吨，比上年末收盘价回落了9.5%；三月期铝收盘价格14035元/吨，比上年末收盘价下降了8.7%；三月期铅收盘价格14315元/吨，比上年末收盘价回落了7.0%；三月期锌收盘价格15195元/吨，比上年末收盘价回落了2.1%。

2013年，国内市场铜现货平均价为53380元/吨，同比下降6.9%。其中，1季度为57423元/吨，环比回升0.5%；2季度为52696元/吨，环比回落8.2%；3季度为51770元/吨，环比回落1.8%；4季度为51631元/吨，环比回升0.3%。

2013年，国内市场铝现货平均价为14556元/吨，同比下降7.1%。其中，1季度为14783元/吨，环比回落2.7%；2季度为14619元/吨，环比回落1.1%；3季度为14430元/吨，环比回落1.3%；4季度为14393元/吨，环比回落0.4%。2012年以来铝价始终低于国内的平均成本线。

2013年，国内市场铅现货平均价为14249元/吨，同比下降7.4%。 其中，1季度为14792元/吨，环比回落2.2%；2季度为13935元/吨，环比回落5.8%；3季度为14151元/吨，环比回升1.6%；4季度为14119元/吨，环比回落0.2%。

2013年，国内市场锌现货平均价为15178元/吨，同比下降0.5%。其中，1季度为15418元/吨，环比回落1.1%；2季度为14832元/吨，环比回落3.8%；3季度为15166元/吨，环比回升2.3%；4季度为15297元/吨，环比回升0.9%。

（四）有色金属进出口总额略有增长

2013年，我国有色金属进出口贸易总额1580.7亿美元，同比增长1.1%。其中：进口额1033.2亿美元，同比下降3.3%；出口额547.5亿美元，同比增长10.7%；进出口贸易逆差563.5亿美元，同比下降15.3%。值得关注的是扣除黄金首饰及零件出口额274.3亿美元后，主要有色金属出口额仅为273.2亿美元，同比下降1.0%。2013年有色金属贸易额扣除黄金首饰及零件贸易额后，进口额、出口额均呈下降态势。

2013年有色金属进出口贸易总额，一季度为407.4亿美元； 二季度为382.7亿美元，环比下降6.2%；三季度为372.5亿美元，环比下降2.2%；四季度为417.6，环比增长12.1%。

1、进口铜精矿增加、精炼铜减少

2013年，我国铜产品进口额为688.3亿美元，同比下降2.2%，占有色金属产品进口额的比重为66.6%；出口额为64.5亿美元，同比下降1.0%；铜产品贸易逆差623.8亿美元，同比下降1.5%。2013年，我国进口未锻轧铜326.2万吨，同比下降5.6%，其中，进口精炼铜320.6万吨，同比下降5.8%；进口铜精矿实物量1007.4万吨，同比增长28.7%；进口粗铜62.9万吨，同比增长20.3%；进口铜材65.0万吨，同比下降2.8%；进口铜废碎料实物量437.3万吨，同比下降10.0%。出口未锻轧铜29.3万吨，同比增长7.1%；出口铜材48.9万吨，同比下降0.8%。2013年，我国净进口未锻轧铜296.9万吨， 同比下降6.7%；净进口铜材16.1万吨， 同比下降8.5%。

2、进口铝土矿大幅度增加

2013年，我国铝产品进口额为131.9亿美元，同比增长4.2%；出口额为118.9亿美元，同比增长4.3%。2013年，我国进口未锻轧铝48.1万吨，同比下降24.8%；进口铝材48.2万吨，同比下降9.3%；进口铝土矿 7070.3万吨，同比增长78.5%；进口铝废料实物量250.4万吨，同比下降3.4%；进口氧化铝383.1万吨，同比下降23.7%。出口未锻轧铝57.2万吨，同比下降9.3%；出口铝材306.5万吨，同比增长8.3%。2013年，我国净出口未锻轧铝9.1万吨， 上年净进口0.9万吨；净出口铝材258.3万吨， 同比增长12.4%。

3、进口铅精矿下降

2013年，我国铅产品进口额为21.8亿美元，同比下降33.3%；出口额为1.5亿美元，同比增长1.7倍。2013年，我国进口未锻轧铅3.2万吨，同比下降37.4%；进口铅精矿实物量149.3万吨，同比下降17.8%；出口未锻轧铅2.3万吨，同比增长3.9倍。净进口未锻轧铅0.9吨， 同比下降81.6%。

4、进口未锻轧锌增加

2013年，我国锌产品进口额为30.3亿美元，同比增长11.1%；出口额为1.0亿美元，同比下降7.9%。2013年，我国进口未锻轧锌75.2万吨，同比增长16.3%；进口锌精矿实物量199.4万吨，同比增长2.8%；出口未锻轧锌0.5万吨，同比下降32.0%；出口立德粉2.6万吨，同比下降17.9%；出口氧化锌1.0吨，同比下降16.9%。净进口未锻轧锌74.6万吨， 同比增长16.7%。

5、稀土产品出口量增额降

2013年，我国稀土产品进口额为4.5亿美元，同比下降28.7%；出口额为18.7亿美元，同比下降25.6%；进出口贸易顺差为14.2亿美元，同比下降24.9%。2013年，我国出口稀土金属550吨，同比增长41.1%；出口稀土合金1054吨，同比增长61.5%；出口稀土氧化物17490吨，同比增长43.5%；出口碳酸稀土1426吨，同比增长86.3%；出口稀土永磁体18826吨，同比增长15.2%。

（五）实现利润增额转为正增长，但企业经营困难尚未根本改变

2013年，8649家规模以上有色金属工业企业（不包括独立黄金企业，下同）实现主营业务收入48170.7亿元，同比增长12.7%，主营业务成本44347.9亿元，同比增长14.7%，比主营业务收入增幅高2个百分点；实现利税2932.5亿元，同比增长4.6%；实现利润总额1713.7亿元， 同比增长2.4%，增幅比全国规模以上工业企业的增幅低9.8个百分点；主营活动利润为1704.9亿元，同比下降16.8%。

2013年规模以上有色金属工业企业利润总额，一季度为292.4亿元； 二季度为288.4亿元，环比下降1.4%；三季度为366.6亿元，环比增长27.1%；四季度为766.3亿元，环比增长109.0%。

亏损企业户数及亏损企业亏损额比上年略有扩大。2013年，8649家规模以上有色金属工业企业中亏损企业为1469家， 比上年增加30家，亏损面为17.0%；亏损企业亏损额322.7亿元，同比增长0.5%。

财务费用与上年持平。2013年，规模以上有色金属工业企业财务费用为590.0亿元，与上年持平，其中利息支出534.9亿元，同比下降0.1%； 企业管理费用928.9亿元，同比增长6.4%； 企业营业费用412.5亿元，同比增长12.8%。

应收账款增加，产成品库存货款减少。2013年末，规模以上有色金属工业企业应收账款2504.0亿元，同比增长15.0%； 企业产成品库存货款1491.4亿元，同比下降4.8%。

百元主营业务收入中的成本高于全国平均水平，主营业务收入利润率低于全国平均水平。2013年，规模以上有色金属工业企业每百元主营业务收入中的成本为92.1元，比全国平均水平85.3元高6.8元；主营业务收入利润率为3.6%，比全国平均水平低2.5个百分点；资产利润率为5.1%，明显低于银行贷款平均利率7.2%。

资产负债率上升。2013年末，规模以上有色金属工业企业资产总额为33658.8亿元，比上年增长13.4%；负债合计21075.8亿元，比上年增长14.1%，增幅比资产总额增幅高0.8个百分点；资产负债率为62.6%，比上年上升0.4个百分点。

1、国有企业利润下降、私营企业利润增长

国有企业实现利润所占比重明显小于资产比重。2013年，624家国有控股企业实现主营业务收入15034.4亿元，同比增长10.8%；实现利润134.8亿元，同比下降38.8%，占有色金属工业企业实现利润的7.9%，所占比重比上年下降了5.3个百分点。2013年末，国有控股企业资产总额为13668.9亿元，比上年增长8.5%，占有色金属工业企业资产总额的40.6%；资产负债率为66.8%，比上年上升0.9个百分点，比有色金属工业企业平均水平高4.2个百分点。

私人企业实现利润所占比重大于资产的比重。2013年，6816家规模以上私人控股企业实现主营业务收入25384.7亿元，同比增长14.2%；实现利润1219.0亿元，同比增长11.6%，占有色金属工业企业实现利润的比重为71.1%，所占比重比上年上升了5.8个百分点。2013年末， 规模以上私人控股企业资产总额为13656.1亿元，比上年增长17.0%，占有色金属工业企业资产总额的40.6%；资产负债率为60.6%，比上年上升0.2个百分点，但比有色金属工业企业平均水平低2个百分点。

2、矿山和冶炼企业利润下降、加工企业利润增长

矿山企业销售利润率、资产利润率和资产负债率仍维持在较好水平。2013年，1670家规模以上有色金属独立矿山企业实现主营业务收入3713.6亿元，同比增长10.6%；实现利润373.5亿元，同比下降10.8%，占有色金属企业实现利润的21.8%。独立矿山企业主营业务收入利润率为10.1%，资产利润率为11.7%。2013年末，独立矿山企业资产总额为3205.4亿元，比上年增长11.9%，占有色金属工业企业资产总额的9.5%；资产负债率为51.0%，比上年上升0.1个百分点，但比有色金属工业企业平均水平低11.6个百分点。

冶炼企业盈利能力明显低于矿山和加工企业。2013年，2245家规模以上有色金属冶炼（含联合企业中的矿山）企业实现主营业务收入21182.0亿元，同比增长9.3%；实现利润416.1亿元，同比下降5.8%，占有色金属工业企业实现利润的24.3%，所占比重比上年下降了2.1个百分点。有色金属冶炼企业主营业务收入利润率仅有2.0%，资产利润率仅有2.4%。2013年末， 规模以上有色金属冶炼企业资产总额为17213.7亿元，比上年增长11.7%，占有色金属工业企业资产总额的51.1%；资产负债率为69.6%，比上年上升了1个百分点，比有色金属工业企业平均水平高7个百分点。

加工企业实现利润所占比重明显大于资产比重。2013年，4734家规模以上有色金属加工企业实现主营业务收入23275.1亿元，同比增长16.4%；实现利润924.0亿元，同比增长13.6%，占有色金属工业企业实现利润的53.9%，所占比重比上年上升了5.3个百分点。加工企业主营业务收入利润率为4.0%，资产利润率为7.0%。2013年末，规模以上有色金属加工企业资产总额为13239.7亿元，比上年增长16.2%，占有色金属工业企业资产总额的39.3%；资产负债率为56.3%，比上年下降了0.2个百分点，比有色金属工业企业平均水平低6.3个百分点。

3、大、中型企业利润下降，小型企业利润增长

大型企业实现利润所占比重小于资产的比重。2013年，302家大型有色金属工业企业实现主营业务收入20155.4亿元，同比增长10.9%；实现利润513.1亿元，同比下降3.9%，占有色金属工业企业实现利润的29.9%。大型企业主营业务收入利润率为2.6%，资产利润率为2.8%。2013年末， 大型有色金属企业资产总额为18531.5亿元，比上年增长9.8%，占有色金属工业企业资产总额的55.1%；资产负债率为64.6%，比上年上升了0.7个百分点，比有色金属工业企业平均水平高2个百分点。

中型企业实现利润所占比重仍大于资产的比重。2013年，1180家中型有色金属工业企业实现主营业务收入10480.3亿元，同比增长10.7%；实现利润489.7亿元，同比下降3.1%，占有色金属工业企业实现利润的28.6%。中型企业主营业务收入利润率为4.7%，资产利润率为7.0%。2013年末，中型有色金属企业资产总额为7022.6亿元，比上年增长15.2%，占有色金属工业企业资产总额的20.9%；资产负债率为59.6%，比上年上升了1个百分点，比有色金属工业企业平均水平低3个百分点。

小型企业实现利润所占比重明显大于资产的比重。2013年，7167家规模以上小型有色金属工业企业实现主营业务收入17535.0亿元，同比增长16.3%；实现利润710.9亿元，同比增长12.1%，占有色金属工业企业实现利润的41.5%。小型企业主营业务收入利润率为4.1%，资产利润率为8.8%。2013年末，7167家规模以上小型有色金属企业资产总额为8104.7亿元，比上年增长21.1%，占有色金属工业企业资产总额的24.1%；资产负债率为60.7%，比上年下降了0.5个百分点，比有色金属工业企业平均水平低1.9个百分点。

（六）节能降耗情况

通过自主创新和引进技术消化、吸收、再创新和集成创新，骨干企业的技术装备和主要技术经济指标达到世界先进水平。我国铜冶炼几乎全部采用先进的闪速熔炼和熔池熔炼工艺；自主开发的低温低电压铝电解技术投入运行，铝锭综合交流电耗达到世界先进水平；具有自主知识产权的“氧气底吹”炼铅技术与装备的产业化应用及自主开发的短流程精密铜管生产工艺均达到世界领先水平；多机架铝板带热连轧和冷连轧装备的引进和消化，万吨级大型铝挤压机的研制，全面提升了我国铝加工装备的技术水平，使我国铝加工技术进入世界先进行列。2013年，我国铝锭综合交流电耗下降到13740千瓦时/吨，同比下降104千瓦时/吨，节电22.9亿千瓦时；铜冶炼综合能耗下降到314.4千克标准煤/吨，同比下降0.5%；铅冶炼综合能耗为469.3千克标准煤/吨，同比增长1.7%；电解锌冶炼综合能耗下降到909.3千克标准煤/吨，同比下降0.1%。

二、对2014年有色金属工业运行态势的判断

初步预计2014年，我国有色金属工业生产仍呈平稳增长的态势，十种有色金属产量增幅在8%左右；民间投资继续增加，其投资方向依然是深加工产品，尤其是高精尖产品；国内市场主要有色金属价格仍呈区间震荡的格局，各金属品种价格走势可能出现分化；有色金属企业经营困难短期内难以根本改变，实现利润回升的压力依然较大，但铜冶炼企业由于进口铜精矿加工费提高，效益可能会有所回升。以上判断的主要依据有以下几点。

（一）影响有色金属工业发展的国际环境

从国际环境来看，2014年世界经济将延续缓慢复苏的态势，并且全球经济整体复苏步伐有望加快。全球经济仍可能面临的风险一是美国量化宽松货币政策退出的进度和影响仍存较大不确定性；二是欧元区经济复苏前景不明；三是日本经济内在增长动力不足；四是部分新兴市场仍面临资本外流风险。

（二）有色金属行业面临产能过剩、成本上升、国际形势复杂、资源能源环保压力加大等问题

当前，有色金属产业链是“中间大、两头小”，部分冶炼产能过剩，矿山保障能力不足，高附加值产品短缺，总体上仍处于国际产业分工中低端，结构不合理和产能过剩的问题短期内难以根本解决。有色金属工业受资源、能源和环境制约的压力加大。我国有色金属资源相对贫乏、品质不高，对外依存度大，不但原料进口成本高，而且受人制约。国内电力、环保、人工成本上升，有色金属企业经营困难的压力依然较大。美欧倡导实业回归，新兴经济体和我国形成同质化竞争，有色金属企业将面临更多贸易摩擦，产能向国外转移障碍重重，难度很大。我国有色金属工业同发达国家产业之间互补性越来越弱、竞争性越来越强，面临的竞争将更加激烈。但是，发达国家制造业回归只是高端制造业回归，对我们的影响可能不会太大；而新兴国家低成本优势是以牺牲环境为代价的，也是不可持续的发展模式。

（三）有色金属价格回升动力不足，下行压力依然存在

目前，有色金属商品属性回归，金融属性弱化，有色金属价格随供求关系变化而变化的可能性扩大。2014年世界主要有色金属产能增加、产量增长、供应充裕，消费增速缓慢，全球范围内有色金属继续呈供大于求的格局，不支撑有色金属价格上涨。美联储货币政策转向，美元走强、流动性收紧，黄金、铜等有色金属金融属性走弱，也不支持以美元计价的金属价格上升。

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关键词：金属；挤压；轻型材料

中图分类号：U21 文献标识码：A

1 金属挤压过程控制

1.1 压力机是一种结构精巧的通用性压力机。具有用途广泛，生产效率高等特点，压力机可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件。机械压力机工作时由电动机通过三角皮带驱动大皮带轮（通常兼作飞轮），经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块机构，使滑块和凸模直线下行。

1.2 挤压金属型材产品的流程非常重要，做为企业金属材挤压，对产品的精度要求较高，所以好的制度流程尤为重要。金属挤压过程实际是从产品设计开始的，因为产品的设计是基于给定的使用要求，使用要求决定了产品的许多最终参数。如产品的机械加工性能、表面处理性能以及使用环境要求，这些性能和要求实际就决定了被挤压金属种类的选择。而同一中金属挤压出来的金属型材性能则取决于产品的设计形状。而产品的形状决定了挤压模具的形状。设计的问题一旦解决了，则实际的挤压过程就是从挤压用金属铸棒开始，金属铸棒在挤压前必须加热使其软化，加热好的金属铸棒放入挤压机的盛锭筒内，然后由大功率的油压缸推动挤压杆，挤压杆的前端有挤压垫，这样被加热变软的金属在挤压垫的强大压力作用下从模具精密成型孔挤出成型。

1.3 根据图纸或者样品了解此产品的规格尺寸，确定有无挤压难点，应如何控制。经双方确认图纸就可以安排就行模具制造。金属型材热挤压模具不同于一般的机械零件加工，而是介于机械加工与压力加工之间的一种工艺性设计。除了应参考机械加工所需遵循的原则以外，尚需考虑热挤压条件下的各种工艺因素。模具设计好以后需要进行加热，同时金属棒应该加热到挤压所需的温度，然后挤压试样。接着，试样出来的半成品需要由技术人员对尺寸表面等进行仔细地检验，如果不合格，应该制定详细的模具返修方案，待确认后，可再进行模具设计。最后进行表面处理，如氧化，喷涂，抛光等等，表面处理后在进行成品检验，包括尺寸形位公差，表面是否划伤，硬度检验等等。在生产流转过程中，按区域推放，防止磁刮伤和表面的污染。

2 金属挤压技术发展应用

2.1 近些年来，除了改进和完善正、反向挤压方法及其工艺之外，出现了许多强化挤压过程的新工艺和新方法，并获得了实际应用。像舌型模挤压、平面组合模挤压、变断面挤压、水冷模挤压、扁挤压、宽展挤压、精密气、水（雾）冷在线淬火挤压、半固态挤压、高速挤压、冷挤压、高效反向挤压、等温挤压、特种拉伸-辊矫、形变热处理等新技术新工艺，对于扩大铝型材的品种，提高挤压速度和总的生产效率，提高产品品质，发掘铝型材的潜力，减少挤压力，节能节资，降低成本等方面，都有积极的意义。

2.2 连续挤压时塑性变形过程包括挤压型腔变形区和挤压模腔变形区两个过程，其中挤压型腔变形区是指轮槽和挡料块组成的变形区域，包括孔型轧制区、摩擦剪切变形区、镦粗区、粘着区、直角弯曲挤压区等五个变形分区。

2.3 目前，活塞材料主要是铝合金，而铝合金活塞应用最多的铸造工艺是挤压铸造，还有锻造和金属型铸造，它们各有其优缺点。金属型铸造加工简单，生产成本较低，但容易产生缩孔、缩松等铸造缺陷，导致活塞力学性能较低，难以满足使用要求。锻造活塞常温力学性能高，高温耐热疲劳性好、塑性好，能满足大功率发动机的要求。但锻造活塞加工量大，生产成本高，仅适用于某些要求较高的大型活塞或高速活塞。挤压铸造为介于上述两者之间的铝活塞成形技术，是将液态金属在高压下充型和凝固的精确成形铸造技术，又称为液态模锻。

3 影响金属挤压加工的工艺因素

3.1 挤压速度和温度

在连续挤压加工母材的生产过程中，挤压速度和温度是影响金属加工质量和使用寿命的重要因素。一般而言，挤压速度越大，被周围介质吸收的热量就越少，则金属塑性变形的温度就越高，反之亦然。在挤压过程中，挤压速度与温度密切相关。提高挤压速度，则挤压温度也随着升高，反之亦然。为了保持挤出产品的形状整体性，塑性变形区的温度必须与金属塑性最好时的温度相适应。变形温度对金属的塑性有着重大影响，就大多数金属而言，总的趋势是：随着温度的升高，塑性增加。

3.2 材料的冷却收缩性

金属在冷却过程中，由于各部分收缩的非均匀性，容易造成材料表面受拉、内层受压，从而产生热应力，影响其表面质量。此外，金属在冷却过程中可能发生相变，相变过程导致的体积变化可能使材料晶粒内部产生组织应力，当叠加的应力超过金属强度时，就会破坏产品的完整性，在材料的内部或表面产生微观和宏观裂纹，导致产品形状变形。为了避免金属在冷却过程中产生尺寸变形，必须选择适当的冷却速度，并按一定的冷却规范进行冷却。

3.3 材料的流动性

所谓流动性是指金属充满腔体及模具型腔的能力。若合金的流动性不佳，金属则无法完全充满模腔。挤压制品的组织性能、表面质量、外形尺寸和形状精度、成材率、挤压模具的正确设计、挤压生产效率等，均与金属流动有着十分密切的关系。

4 金属挤压加工加工技术需改进的问题

发展金属挤压加工理论与技术时需要重点考虑的项目主要有：减少功耗量，节能降耗；减少外部摩擦，提高变形效率；提高精度；利用各向异性、内部应力、变形热处理等方法提高产品综合性能；有效利用废料和开发综合利用技术，提高回收率和成品率；防止缺陷产生或利用缺陷；提高工模具品质和使用寿命；减少工序；增加单位时间的产量及节省劳动力，实现高速化、自动化、连续化生产；清洁生产，改善环境，降低劳动强度；降低造价，降低成本；发展新用途、新功能、特种性能和多功能的新材料。金属挤压加工是利用金属塑性成形原理进行压力加工的一种重要方法，通过挤压将金属锭坯一次加工成管、棒、T型、L型等型材。金属挤压机是实现金属挤压加工的最主要设备。

结语

金属挤压工艺是一种优质、高效、低消耗的少无切屑加工工艺，在汽车、机械、轻工、航天航空、军工、电器等制造领域得到越来越广泛的应用。金属挤压技术，作为一种先进的制造技术，在原材料价格不断上涨、市场竞争日趋剧烈的情况下，开拓了进一步研究和推广应用的广阔前景。

参考文献

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钽资源的现状。钽铌矿物的存在形式很复杂且多种多样。含有钽的主要矿物有钽铁矿、重钽铁矿、黑稀金矿和细晶石等。冶炼锡的废渣中也含有钽，也是钽的重要资源之一。目前全世界已经确定的钽储量是36.4万吨，澳大利亚、加拿大、巴西以及非洲诸国的钽资源含量占全球的85%。其中澳大利亚的钽储量最高，居世界第一位。

钽资源的开采。位于澳大利亚珀斯的瓜利亚采矿公司经营者格布什斯和沃吉纳两座矿山，是世界上最大的钽矿开采厂家。瓜利亚公司钽矿石储量约占世界钽矿石总储量的75%，到目前为止，它可为全球提供50%以上的钽原料。另外，加拿大、巴西、中国和南非也都是重要的钽生产国。泰国和尼日利亚的钽是从炼锡炉中提取的。格林布什和沃吉纳两个钽矿的产能都非常的大，足以满足钽工业的需求。而其他钽矿的产能仅占格林布什或者沃吉纳任何一个矿产产能的10～25%。据目前统计，世界上矿山多位于政治不稳定的地区或终年寒冷、难以开采的地带。

铌资源的现状及其开采

铌资源的现状。铌资源的储量世界已经探明的约有1150万吨。其中已知的矿床中铌含量大约有1980万吨。巴西的铌储量最多，占世界铌储量的91.1%。巴西的CBMM、Catalao公司和加拿大的奈奥贝克公司是世界铌矿石和铌产品的主要供应商。

铌资源的开采。目前世界上最大的铌铁矿开采公司是巴西的pitinga矿山，它是由巴西的paranapanema集团公司经营和管理。其铌资源的储量大约为2.01亿吨。

根据中国储矿量2007年统计，我国钽矿产分布于13个省（区）的92个矿区，Ta2O5的总保有量是8.4万吨，位居世界首位。从地区的分布上来看，江西钽矿资源最为丰富，内蒙古和广东稍次。这三个省占我国钽总储量的72.5%。而我国Nb2O5的总保有量是388万吨，仅次于巴西，位于世界第二。我国铌的工业储量大约为660万吨，以铌为主的矿产区有99处。

江西宜春钽铌资源是我国乃至亚洲的最大的钽铌矿产。我国的钽铌矿产有一半以上都来自宜春矿产。我国一些特大或者大型的钽铌矿产大都规模小，矿脉分散，钽铌矿物嵌布粒度细，原产矿品位低，赋存的状态很差，能大规模露采的矿山较少，因此经济资源不多。同时，选矿处理量很大，可选性小，回收率不高，回收投资的周期较长。我国没有独立的铌矿山，铌往往与稀土和钽混合在一起，难采难分难选，回收率也很低。

钽铌的需求现状

钽的主要用途是电容器中的钽粉和钽丝，铌是铁基、镍基等超级合金的添加剂，在原子能工业中可以用作反应堆的结构材料和核燃料材料，另外，铌在航空业及宇航工业可用作热防护、结构材料和导航装置等。近年来，由于计算机、手机、数码相机和车载电子系统的广泛应用，钽的需求逐渐增加，其精矿的价格也逐步回到正常水平。而随着工业的快速发展，铌的需求也呈上升的趋势。我国现有20多家钽铌冶炼厂，他们能够独立生产全系列的钽铌加工产品，除了满足我国工业发展需要外，还有大批量的高中低端产品进入了国际市场，因此，对钽铌的需求很大。

我国钽铌工业的进步与发展

我国的钽铌业自1956年起开始研究，经过50多年的发展进步，已经实现了“从小到大、从军到民、从内到外”的转变。特别是1995年以来，我国的钽铌业的投资热不断升温，钽生产和铌应用呈现出快速发展的势头，除宁夏东方钽业股份有限公司、九江有色金属冶炼厂、株洲硬质合金有限公司、广东从化钽铌冶炼厂和广西栗木有色金属工业公司这5家钽铌业骨干企业的不断升级外，广东佛岗佳特、衡阳金新莱孚以及广东多罗山兰宝石等企业抓住时机、趁势而起成为钽铌加工业的后起之秀。目前，我国钽铌制品的产量（折合成金属钽）约800吨，占世界总产量的三分之一，中国钽铌业成为世界钽冶炼加工第三强国，进入了世界钽铌生产大国的行列。

近年来，我国的钽铌冶金技术取得了不小的进步，主要以905厂在钽粉、钽丝和钽铌湿法冶金技术的进步为代表，我们在采选工艺、冶金和加工工艺上均取得了进步与创新，同时我们也致力于钽铌新用途、新性能和新材料的研究与开发。

对我国钽铌工业发展中存在的问题的思考

虽然我国已经成为世界钽工业生产大国，但是我们还不是钽铌工业的生产强国。其主要原因是：第一，钽铌是不可再生的稀有金属，我国很难再建大规模的钽铌矿山。钽铌工业的原料不能自给自足，没有形成长期稳定的原料供应渠道，如果发生市场波动，我们将无法抵抗。第二，我国钽铌业的自主开发能力不够强，大多数新产品是在欧美和日本开发之后才进行开发的。第三，我国钽铌工业虽然已经有很大的发展，但是除了宁夏东方钽业股份有限公司生产的电容器级钽粉和钽丝等产品外，我国钽铌制品大多生产的都是低端产品，高档产品生产力不足；高比容钽粉产品的一致性、稳定性和对不同电容器的适用性不够，所以产销量较少，在市场上的占有率仅仅16%左右。另外，钽铌工业发展缺少合理的规划、正确的指导和适时的调控，企业重复性建设严重，生产力过剩的问题十分突出，同行业的竞争十分严重，各企业的经济效益普遍较低。如何使我们的钽铌工业得到更好的发展，我国钽铌工业面临的共同难题。

针对钽铌业目前的发展中存在的这些问题，我们提出以下建议：

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关键词：金属焊接雕塑 发展历史 关键技术 发展趋势

引言

2012年9月，在新疆克拉玛依市白碱滩区举行了一场别开生面的展览：《白沙滩金属焊接雕塑公园――第一回废旧金属焊接雕塑实验展》{1}。国内外10余名雕塑家创作的41件大型雕塑在白沙滩国家3A景区对外开放，吸引了大量游客的目光。早在2002年，内蒙古黄河三盛公水利风景区就开始开发利用水利工程建设过程中废弃的工程材料和机电设备，其后若干年陆续创作了大型环保雕塑“同心锁”、“天下第一筝”和“机器人”等人文和艺术气息浓厚的作品，并成为国内第一个废旧金属雕塑公园{2}。这些金属雕塑主体公园的落成无疑将大众的目光聚焦到了“金属雕塑”这一科学与艺术交叉融合、激动人心的领域。

金属雕塑通常是利用焊接、切割等技术，通过金属在焊接、切割等过程中发生变化而最终形成独特的艺术作品，故常被称为“金属焊接雕塑”{3}，也有人归之为“直接金属雕塑”{4}或者“动态雕塑”{5}，在本文中统一称为金属焊接雕塑。与传统的铸铜、石刻、木雕等仰仗雕塑家“手艺”的门类不同，金属焊接雕塑考验的是雕塑家的眼力和心塑能力，完全无需事先打底稿，而是利用机器直接加工金属材料和废弃的机器零件等，通过金属材料的变形和组合完成最终的架构和造型。

金属焊接雕塑的历史可以追溯到远古时代，现代焊接雕塑在西方也已有百年历史。在中国，直到上世纪80年代末才有美术学院陆续开设金属焊接雕塑课程。目前国内不少艺术高校雕塑系基本都有这门课程，然而其学术价值和市场价值仍然有待发掘。本文试图在时间尺度上厘清金属焊接雕塑的历史发展脉络，在空间尺度上详细剖析其涉及的关键科学技术问题，从而归纳分析其未来发展趋势。冀望未来有识之士能借助中国工业化进程的大好形势，把金属焊接雕塑更好地应用到城市空间和乡村土地上。

一、发展历史

金属材料自人类文明诞生以来，对社会生产的发展一直都起着举足轻重的作用，特别是工业革命以后，已经成为工业生产中最为基本的组成部分。现代金属焊接雕塑可追溯到电弧焊的出现。1881年，法国Cabot实验室的Auguste De Meritens利用电弧热焊接了蓄电池用铅板。随后其俄国学生Nikolai N. Benardos先后申请了英国、美国专利，但这些发明仅限于碳弧焊。1890年，底特律的C.L.Coffin获得了关于金属极电弧焊的美国专利。随后100余年，焊接技术不断发展，例如，1903发明了铝热剂焊；1930年发明埋弧自动焊；1953年发明了CO2气体保护焊；1951年和1957年先后发明了激光焊和等离子弧焊{6}。正是焊接技术日新月异的发展，为金属焊接雕塑艺术的出现奠定了坚实的科学技术基础。

金属焊接雕塑的发展大致可以分为三个阶段：孕育期、成长期和成熟期。金属焊接雕塑这一领域起始于欧洲，孕育于20世纪初。1900年，西班牙的冈萨雷兹（Julio Gonzalez）率先利用焊接技术，使金属直接焊接成型，制作了以《仙人掌1号》为代表作的金属雕塑作品{7}。《堂?吉诃德》（1929）和《梳发女子》（1931―1933）也是其典型代表作；1929年他与立体主义运动的创始人毕加索（Pablo Picasso）合作，一起创作雕塑和铁线结构，例如《金属线结构》和《花园中的妇女》（1929―1930）{8}。1912～1914年间，毕加索与另一位立体主义运动的创始人勃拉克（Georges Braque）合作创作了第一件贴有金属片的集合艺术品《吉它》，现存放于纽约现代美术馆{9}。1930年毕加索利用自行车车把和车座巧妙组合也制作了金属焊接雕塑作品《公牛头》（图1）{10}。冈萨雷兹的作品也受过罗马尼亚的布朗库西（Constantin Brancusi）的影响，后者从19世纪20年代就开始创作自己的金属雕塑，他将形体的单纯、简约看成雕塑语言的核心并赋予传统的材料和工艺手段以新的理性内涵{11}。通过以上叙述不难看出，20世纪初到20世纪30年代是金属焊接雕塑的孕育期，而且这一领域由于在萌芽时期就受到现代绘画和雕塑艺术的熏陶，因此一出现就站在了很高的起点上。

金属焊接雕塑的成长期是20世纪40年代到20世纪60年代，这一时期典型的代表人物是戴维?史密斯（David Smith）{12}。戴维?史密斯1906年出生于美国印第安纳州，从小对机械十分感兴趣。在美国完成金属加工制造和绘画技术的学习后，于20世纪30年代接触到冈萨雷兹的焊接金属作品。钢铁厚重、有力、冷酷的材质之美与当时结构、力量、强悍的时代气息的一致性使他决心终其一生献身于钢铁的雕塑创作。在此期间他游历了欧洲诸国，并于1938年在纽约成功举办了第一次个人金属雕塑的展览。1940年，他创办“终点站铁工厂”工作室，潜心艺术创造。1942―1944年，他通过焊接工人雇员的经历，受机车巨大尺寸的启发，慢慢将直接金属雕塑向纪念性方向发展。1950年代，戴维?史密斯进入艺术创作的多产期。其50年代典型的代表作有《字母》（1950）、《埃及风光》（1951）、《哈德逊河风景》（1951）等。戴维?史密斯的作品从未脱离立体主义和构成主义的基本原则――明晰的结构，但也有自己独特的风格。例如在立体主义设法把两度空间扩大到四维时，他却把一些雕塑的三度空间消减到两维，因此其作品风格多变，对后人影响很大。1961年起史密斯开始创作《立方》系列（图2），这些作品大量运用各种尺寸的立方体组建如建筑般的宏伟结构。这种艺术成为美国抽象雕塑的先导，并直接影响了上世纪60年代以后兴起的极少主义艺术。同样是在60年代，他还为意大利政府创作了另一种艺术风格迥异的系列雕塑《沃特里》。《沃特里》所用材料并非新制造的，而是利用了一家工厂的现成品。这种新的雕塑技术常被称之为“集合主义”――一种将立体主义和超现实主义结合在一起的手法。总而言之，戴维?史密斯的雕塑作品是美国机器时代典型产物，他在吸收欧洲现代雕塑的创作理念并发展壮大的过程中起到了关键性的作用。

  史密斯的作品对英国的安东尼?卡罗（Anthony Carro）和飞利浦?金（Philip King）产生了很大影响。卡罗在1959接触史密斯后，开始通过焊接或螺栓组装金属构件来创作抽象雕塑，形成拼装钢板和网格形式后再涂上大胆的平面色彩{13}。在史密斯作品的基础上，卡罗又前进了一步，他把雕塑从底座上拿下来，直接放置到地面上，使雕塑不再是高高在上仅仅供人欣赏的物品，而是与周围环境相呼应，拉近了雕塑和观众的距离。他早期的作品《正午》（1960）和《夏天之后》（1968）是这方面典型的代表作{14}。另一位受史密斯的金属雕塑大师是菲利浦?金，金也是卡罗在英国圣马丁艺术学校（St.Martin School of Art）的同事。金在雕塑上的创新，是由对不同材料的探索驱动的，在上世纪60年代后期，钢开始取代玻璃纤维和塑料成为他的主要材料。他特意在伦敦之外成立大型工作室以加工大尺寸的钢板。1969年的作品《卷盘3》是软钢用锌喷射加热而成。他早期雕塑作品的表面总是涂满颜色，厚重的颜色是金当时作品的一个核心元素{15}。

金属焊接雕塑的成熟期是20世纪70年代到20世纪80年代。标志就是在此期间卡罗和金等人一道，在英国的圣马丁艺术学校建立了现代雕塑教学体系，培养了一大批在英国乃至世界的著名雕塑家，如白瑞?弗兰那根（Barry Flanagan）、托尼?柯瑞格（Tony Cragg）、理查德?迪肯（Rrchard Deacon）和比尔?伍卓（Bill Woodrow）等。目前全世界所采用的金属雕塑教程和教学方法基本上是延续了从冈萨雷斯到史密斯再到卡罗的雕塑传统，把雕塑家看作工匠和手工艺者，将材料和工艺过程看作艺术创造的重要组成部分，把雕塑语言的探索融入对钢铁的切割、锻造、焊接的工艺过程之中。

通过金属焊接雕塑的发展历程可知，作为20世纪发展起来的新的艺术形式，科技的发展使金属材料广泛应用到社会生产生活的各个领域，时代思想的推动使金属焊接雕塑成为可能。如今，金属现成品作为现代工业文明重要观念载体，已经成为雕塑艺术中重要的艺术表现形式。

尽管金属焊接雕塑在国外的发展如火如荼，但在国内却发展缓慢。计划经济体制时期，为适应广泛的社会需要，中央美术学院成立了雕塑工作队，之后组建了中国雕塑工厂，并更名为中央美术学院雕塑艺术创作研究所，成为中国雕塑发展的中坚力量。早在1958年，中国美院的李秀勤就开始做金属焊接雕塑{16}，但直接金属雕塑作为国内艺术院校的课程却是始于20世纪90年代了{17}。1997年，我国香港著名金属雕塑家文楼先生向中央美术学院雕塑系捐建了“文楼金属工作室”的基本设备，大大促进了金属雕塑的教学。此后，伴随着经济的迅速发展和社会需要的增大，各类美术院校纷纷建立雕塑专业，招生数量年年创新高，雕塑设计如雨后春笋般发展壮大。金属雕塑教学作为美术院校一个重要的雕塑学科基础，中国美院、鲁迅美术学院、清华美院和广州美院等院校都建立了各具特色的金属教学体系。中国雕塑学会也于2008年9月在北京798创意广场举办了“金属之声”雕塑展，力图推动创作和学术研究。但不得不指出，就中国当代雕塑的整体状况来看，有关金属雕塑与抽象雕塑的创作与研究，还不够深入与全面。如何从学术基础的层面提升中国金属雕塑的艺术水准，除了需要艺术家组织更多的学术展览外，也需要精通金属加工技术的专业人士介入来共同推动中国金属雕塑的现代转型。

中国的金属焊接雕塑在计划经济体制下产生，并在市场经济条件下发展壮大。在市场经济的背景下，随着国民素质的不断提高、艺术创作的前卫性及焊接雕塑与经济发展相适应的理性思考日趋增强，必将推进中国的焊接雕塑的市场化进程。

二、关键技术

金属焊接雕塑需要那些金属加工方面的关键技术呢？显然焊接技术是最为关键的；其次，切割技术在不少金属雕塑作品中往往也是必不可少的；最后，为了使最终作品更加美观，往往辅助一些热处理、酸处理、着色、抛光和涂刷等工艺措施。本文这一部分将重点介绍焊接和切割方面的专业知识。

根据国际焊接协会的定义，焊接是指通过加热或者加压或两者并用，使被焊材料达到原子间的结合，从而形成永久性连接的工艺{18}。焊接需要外加能量，如火焰、电弧、电阻、超声波、摩擦、等离子弧、电子束、激光和微波等都可以为其所用{19}。常规的焊接方法主要是焊条电弧焊、气体保护焊和埋弧焊。目前来看在金属焊接雕塑创作中得到应用的主要是手工电弧焊、氩弧焊和CO2气体保护焊。但随着该领域的进一步发展，不排除一些先进的高能束焊接方法如电子束焊、等离子弧焊和激光焊等得到开发和应用。切割往往是金属焊接中必不可少的步骤。金属切割的方法也很多，比如火焰切割、等离子切割、激光切割等，主要根据所要求的切割质量和经济性方面来选择。考虑到一些大型的金属焊接雕塑往往是露天摆放，因此不可避免会面临风化、生锈等问题，所在选材时要考虑金属材质的物理和化学稳定性问题，必要时在作品完成后进行一些辅助的工艺措施处理。此外，金属材质不同，其焊接性往往差别很大，对从事雕塑创作的人员也有必要了解一下这方面的知识。

1.手工电弧焊。手工电弧焊是一种最常见的焊接方法。虽然焊接技术日新月异，各种新的焊接方法层出不穷。但手工电弧焊一直在工业生产中占有非常重要的地位。由于其操作简单、入门容易、设备便于携带、对外部条件也没有特殊的要求，所以手工电弧焊在金属雕塑创作中也可以大显身手。手工电弧焊焊接的质量固然与操作者的技术有关，但焊接参数的有效把握才是关键。主要的焊接技术参数有焊条的种类和直径、焊接电流和电压、焊接速度和焊接层数等。选择焊条时一般考虑“等强原则”，即要求焊缝金属与母材等强度。对形状复杂或厚大的构件应选用抗拉性好的低氢焊条；对坡口不便于清理的构件应选用对水锈不敏感的酸性焊条。焊条的直径是根据焊件厚度、焊接位置、接头形式和焊接层数等进行选择的。根据工件厚度选择时可参照表1{20}。焊接电流是手工电弧焊的主要焊接参数，也是在操作过程中需要调节的参数，而焊接速度和电弧电压都是由焊工控制的。焊接电流的选择要充分考虑焊条直径、焊接位置和焊道层次等因素，表2是常用的各种直径焊条适合的焊接电流参考值{20}。

  2.氩弧焊。氩弧焊是用氩气作为气体保护的一种电弧焊，即用氩气把空气与焊接区域分隔，防止焊区的氧化{21}。氩弧焊可分为钨极氩弧焊（TIG）和熔化极氩弧焊两种。TIG焊的优点是由于熔池受氩气保护，可以得到高质量的焊接接头，几乎所有金属和合金都可使用这种焊接方法；电弧稳定，可以焊接从半个毫米到100毫米不同厚度的板材；焊接位置不受限制；焊接去几乎无烟尘和飞溅，便于观察焊接施工情况。正是由于这些优点，在金属焊接雕塑创作中TIG焊是除手工电弧焊外另一种被广泛采用的焊接方法。图3是笔者带领的大学生创新团队利用手工氩弧焊将4mm×50mm厚1mm的不锈钢长竿与15mm厚0.8mm的不锈钢球焊接起来的实例。需要指出的是TIG焊要求操作者经过较长时间的培训并具有灵巧的操作技艺。另外，根据使用的电源种类，TIG焊分为交流、直流及脉冲TIG焊三种。直流TIG焊又可分为直流正接和直流反接两种，前者指工件接电源正极，钨极接电源负极，后者则相反。大多数金属（除铝、镁），一般选择直流正接为好；铝、镁及其合金则以选用交流铝、镁为好，若是薄件，也可选用直流反接法。熔化极氩弧焊是熔化极惰性气体保护焊（MIG）的一种，可适应大型构件和所有金属，也可进行全位置焊接。与TIG焊不同，MIG焊采用焊丝作为电极，电流可以很大。但缺点是MIG焊所用氩气比TIG焊多，氩气的价格也相对较贵。在金属焊接雕塑创作时，可以根据实际情况选择合适的焊接方法。在对焊缝成形控制不是很严格的情况下，用CO2气体取代氩气的CO2气体保护弧焊不失为一种选择。后者也是MIG焊的一种，具有焊接速度快、焊接变形小、抗锈能力强、焊接成本低的特点，可广泛应用于低碳钢、低合金钢等黑色金属的焊接。

3.高能束焊接方法。高能束流（Hign Energy Density Beam）加工技术包含了以激光束、电子束和等离子弧为热源对材料或构件进行特种加工的各类工艺方法{19}。高能束焊接的功率密度可达105W/cm2以上，具有可精密控制的微焦点和高速扫描技术的特性，可实现位材料的深穿透、高速加热和高速冷却的全方位加工。其中电子束焊（Electron Beam Welding）是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或者非真空中的焊接所产生的热能进行焊接的方法，既可以焊接结构庞大的构件，也可以焊接微小精密的构件。变截面电子束焊技术的出现，可以实现复杂构件的一次焊接成形。激光焊（Laser Beam Welding）是以聚焦的激光束作为能源轰击焊接所产生的热量进行焊接的方法。激光焊可以与MIG焊复合，焊缝成形美观。等离子弧焊（Plasma Arc Welding）是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子体弧进行焊接的方法。需要说明的是，目前先进的高能束焊接方法在金属焊接雕塑创作中应用的例子还很鲜见，但由于高能束焊独特的优势和一些新工艺的不断涌现和普及，进入金属雕塑领域是迟早的事。

4.切割技术。金属焊接雕塑固然可以充分利用现有的金属材质，但有时为了更能体现雕塑家的思想可能需要对金属材质进行机械加工。其中进行切割就是一种最重要的手段。金属切割的方法有火焰切割、等离子切割和激光切割三种，主要是根据金属的类型、厚度和数量来选择。火焰切割是应用最早的，20世纪初已经出现{22}。其原理是通过燃料气体（如乙炔）和氧气和钢铁产生化学反应来加热金属。优点是设备成本低廉、缺点是仅适合切割碳钢等，对不锈钢和铝则不适用。另外，割炬需要预热并且队操作者的使用技巧要求很高。等离子切割是20世纪50年明的一种通过精确控制电弧来切割金属的方法{23}。其优点是可以适用于很多不同种类的金属，例如：低碳钢、不锈钢、铝和铜等有色金属。缺点是设备复杂，成本较高。激光束切割和激光焊接一样，出现于20世纪50年代{24}。主要有气体和固态两类。其优缺点和等离子切割比较类似，但与后者相比，激光可用于精密切割，可以切割非常薄的钢材。图4（a）和（b）是北京工业大学激光工程研究院利用激光二维和三维精细切割的自行车艺术品和航空发动机叶形孔，其中不锈钢板材的厚度都是1mm。

篇7

关键词：机电一体化；控制原理，应用

前言：现代科学技术的飞跃发展，对不同学科的交叉与渗透起到了极大的推动作用，引起了工程领域的技术改造和革命。机电一体化作为机械技术与微电子技术相互融合发展的结晶，打破了传统的机械工程、建筑工程、控制工程等旧单元模块的划分，形成了集机械技术、计算机技术等技术为一体的新兴交叉学科。

1.机电一体化技术的控制原理

PC机控制一个机器运动是机电一体化技术典型的代表。就现代工业来说，基本上由PC机发出的电子信号，然后被机械识别，最后由电动机拖动。对于控制电动机的起动、停止、调速和制动，一般需采用接触器或电子元件，通过控制电动机电路的通断实现【1】。

接触器要控制电动机电路的通断，主要是控制线圈的电源，即：接触器的线圈通电，使其触头改变状态，由原来的断开的变成闭合，或者原来的闭合的变成断开。由于计算机输出的信号功率太小，而控制接触器一般需要较大的功率才能工作。因此，为了实现对电动机的工作状态的控制，需要通过断电器或其它元件对控制信号进行功率放大，再用放大后的信号控制接触器的通电与断电。

有触点的控制系统是采用继电器、接触器控制的电路系统，是较早采用的控制方案，目前仍具有相当广泛的应用；现在的控制系统很多采用晶闸管、晶体管等作为控制元件，称为无触点控制系统【2】。计算机输出的信号同样需要进行功率放大，然后控制允许通过的较大电流、能承受高电压的晶闸管或大功率晶体管。通过控制信号控制晶闸管或大功率晶体管，实现晶闸管或大功率晶体管接通或断开电动机的主电路，从而控制电动机工作。

2.机电一体化技术的应用

纵观我国机电一体化的发展历程，可发现机电一体化在我国的起步发展是较晚的，为此，大量的基础理论与技术未能得到较好的研究，国内也未能涌现出强大的自助研发能力，前期只能研究国外的机电一体化产品，从中获得经验和技术成果。但是，20世纪80年代起，机电一体化技术得到了国务院的重视，成立了专门的机电一体化领导小组，并纳入了“国家863计划”。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向，以及由此可能带来的影响【3】。在国内，许多研究机构、高校设立专门项目、专业课程来研发、学习该技术，部分大型企业也对机电一体化技术的发展及应用做了大量工作，取得了一定的成果，具体有以下几个方面的突出表现。

2.1 在现代机械制造业中的应用

传统的机械制造业是建立在规模经济的基础之上，靠企业规模、批量生产、产品结构和重复性来获得竞争优势，主要强调的是资源的有效利用，以低成本获得高效率、高质量，其盈利来自于机器取代人，复杂的专业加工取代人工技能。而先进的机械制造业则不同，是以信息为主导，采用先进的生产模式、制造系统、制造技术、组织管理的全新机械制造业，具有网络化、虚拟化、智能化、全球化以及环保绿色化的特征。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度【4】，近年来，制造工程领域也相继诞生了很多的新技术，如：计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术等。

2.2 在煤矿行业中的应用

随着工业的快速发展，向机电要产量、要效益是煤炭行业提出的新要求和目标。机电一体化在煤炭行业中有着小型化、智能化、数字化、绿色化的发展方向。

机电一体化技术在煤矿含有中的应用主要体现在一下几个方面：（1）在线监控、故障自诊、自动报警，即对煤矿机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的在线运行状态监控，出现故障能动报警并准确地指出故障的部位；（2）节能降耗，提高生产效率，例如：井下使用的胶带输送机、通风机、提升机等，使用变频起动、PLC控制系统，节电量就为30％左右，同时生产效率也大大提高【7】；（3）自动化或半自动化程度的提高。煤矿机械实现自动化或半自动化控制，可以减轻操作者的劳动强度，提高生产效率，并减少因操作者的经验不足对作业精度的影响。

2.3 在数控机床中的应用

机电一体化技术在数控机床及相应的数控技术中的使用，经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度等方面都得到了迅速提高【9】，主要体现在一下几个方面：（1）总线式、模块化、紧凑型的结构，以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置；（2）能同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去，实现了多过程、多通道控制；（3）WOP技术和智能化的运用，系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制；（4）系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力；（5）硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益，实现了开放性设计；（6）数控功能、CNC系统控制功能，得到丰富和加强的大容量存储器的应用和软件的模块化设计。

结束语：

机电一体化将会促使机械工业发生战略性的变革，也会使传统的机械设计方法、设计概念发生革命性的变化。本文对机电一体化技术的控制原理及主要应用领域进行了讨论阐述，大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且也是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。

参考文献：

[1]郭致江.机电一体化技术浅析[J].中国电子商务，2011,2:102-103.

[2]董金森，张小扬.论机电一体化技术[J].有色金属加工，2009，38（1）：51,55-58.

[3]郝明焕，汤宏伟.机电一体化的应用[J].科技论坛，2011，（19）：72-72.

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关键词：模具制造；表面工程技术；稀土表面工程；纳米表面工程

引言

国际模具协会专家认为：模具是金属加工业的帝王。而模具材料又是模具工业的基础。但即使是新型模具材料仍难以满足模具的较高综合性能的要求。表面工程是当前材料科学与工程领域中表现较为活跃、发展较为迅速的分支。表面工

程具有学科的综合性，手段的多样性，广泛的功能性，潜在的创新性，环境的保护性，很强的实用性和巨大的增效性，因而受到各行各业的重视。表面工程技术在模具制造领域中的应用，在很大程度上弥补了模具材料的不足。

可用于模具制造的表面工程技术十分广泛，既包括传统的表面淬火技术、热扩渗技术、堆焊技术和电镀硬铬技术，又包括近20年来迅速发展起来的激光表面强化技术、物理气相沉积技术（PVD）、化学气相沉积技术（CVC）、离子注入技术、热喷涂技术、热喷焊技术、复合电镀技术、复合电刷镀技术和化学镀技术等。而稀土表面工程技术的进展和纳米表面工程技术的兴起必将进一步推动模具制造的表面工程技术的发展。表面工程技术应用于模具型腔表面处理，可达到如下目的：

（1）提高模具型腔表面硬度、耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性能，大幅度提高模具的使用寿命。提高模具型腔表面抗擦伤能力和脱模能力，从而提高生产率。

（2）经表面涂层或合金化处理过的碳素工具钢或低合金钢，其综合性能可达到甚至超过高合金化模具材料及硬质合金的性能指标，从而可大幅度降低材料成本。

（3）可以简化模具制造加工工艺和热处理工艺，降低生产成本。

（4）可用于模具型腔表面的纹饰，以提高制品的档次和附加值。

（5）可用于模具的修复等再制造工程。

1 热扩渗技术

热扩渗技术是用加热扩散的方式使欲渗金属或非金属元素渗入金属材料或工件的表面，从而形成表面合金层的工艺。其突出特点是扩渗层与基材之间是靠形成合金来结合的，具有很高的结合强度，这是其它涂层方法如电镀、喷镀、化学镀、甚至物理气相沉积技术所无法比拟的。常用于热扩渗的合金元素包括碳、氮、硅、硼、铝、钒、钛、钨、铌、硫等。上述元素都已在不同程度上应用于各类模具型腔表面的强化。随着热扩渗技术的不断发展，二元乃至多元共渗工艺在模具表面强化中发挥越来越大的作用。对不同渗入元素或不同模具种类而言，最佳渗入工艺也不尽相同，这里介绍在模具表面强化中应用最多的几种热扩渗工艺。

1.1 渗碳

渗碳具有渗速快、渗层深、渗层硬度梯度与成分梯度可方便控制、成本低等特点，能有效地提高材料的室温表面硬度、耐磨性和疲劳强度等。渗碳工艺应用于模具表面强化的第一个方面是低、中碳钢的渗碳。渗碳应用于冷作、热作和塑料模具上，都能提高模具寿命。对于注塑模，特别是在成形对型腔起磨粒磨损的塑料制品时，可采用20#钢粗加工成模，进行型腔表面渗碳，再经过精加工抛光后投入使用，除了可以降低表面粗糙度外，模具的耐磨性也会相应提高。又如3Gr2W8V钢制压铸模具，先渗碳再经1140℃-1150℃淬火，550℃回火两次，表面硬度可达58-61HRC，使压铸有色金属及其合金的模具寿命提高1.8 - 3.0倍。

渗碳工艺应用于模具表面强化的第二个方面是“碳化物弥散析出渗碳”，简称CD渗碳法。它是采用含有大量强碳化物形成元素（如Cr、Ti、Mo、V）的模具钢在渗碳气氛中加热，在碳原子自表面向内部扩散的同时，渗层中会沉淀出大量弥

散合金碳化物，如（Cr·Fe）7C3、、（Fe·Cr）3C、V4C3、TiC，从而实现了CD渗碳。CD法渗碳层中，渗层表面含碳量（质量分数，下同）高达2% - 3%，弥散碳化物含量达50%以上，且碳化物呈细小均匀分布。CD 渗碳件直接淬火或重新淬火回火后可获得很高的硬度和优异的耐磨性。经CD渗碳的模具心部没有出现象Cr12型模具钢和高速钢中的粗大共晶碳化物和严重碳化物偏析，因而其心部韧性比Cr12MoV钢提高3-5倍。实践表明，CD渗碳模具的使用寿命大大超过消耗量占冷作模具钢首位的Cr12型冷作模具钢和高速钢。

在对各类模具进行渗碳处理时，主要的渗碳工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳以及近20年来迅速发展起来的真空渗碳及离子渗碳。其中，固体渗碳和气体渗碳应用广泛，但真空渗碳和离子渗碳技术由于具有渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓以及工件变形等特点，将会在模具表面尤其是精密模具表面处理中发挥越来越重要的作用。

1.2 气体法低温热扩渗

气体法低温表面热扩渗工艺在模具的表面强化处理中占有十分重要的地位。其处理工艺简便，扩渗温度较低，能适应冷作模具、热作模具以及塑料模具等对型腔表面的各种要求。常用的扩渗工艺有渗氮、软氮化（铁素体氮碳共渗）、氧氮共渗、硫氮共渗乃至硫碳氮、氧氮硫三元共渗等方法。

1.2.1 气体渗氮与离子氮化工艺

将氮渗入钢件的过程称为钢的氮化或渗氮。氮化层的硬度高950-1200HV），耐磨性、疲劳强度、红硬性及抗咬合性均优于渗碳层。由于氮化温度低（一般为480℃-600℃），工件变形很小，尤其适应一些精密模具的表面强化。例如，3Cr2W8V钢压铸模、挤压模等经调质并在520℃-540℃氮化后，使用寿命较不氮化的模具提高2-3倍。又如，从德国引进的热冲模经解剖分析，发现其表面约有140μm的渗氮层。美国用H13钢制作的压铸模具，不少都要进行氮化处理，且以渗氮代替一次回火，表面硬度高达65-70HRC，而模具心部硬度较低，韧性好，从而获得优良的综合力学性能。

气体氮化法是采用最为广泛的渗氮工艺。离子氮化法是为解决气体氮化工艺工效低、时间长而发展起来的工艺，其特点是渗氮速度快、渗层成分及其梯度易控制、节能、省气、渗层质量好、工作环境好等。

1.2.2 气体软氮化（铁素体氮碳共渗）

软氮化是将钢件在570℃左右加热，以尿素或氨气或醇类裂化气为渗剂，向钢内同时扩渗碳、氮原子的热扩渗工艺。气体软氮化比气体氮化渗速快、所需费用低，将其应用于冷、热作模具钢，可提高模具的耐磨性、抗高温氧化性和抗粘着性。

2 热喷涂与喷焊技术

2.1 热喷涂技术

热喷涂技术是将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，用高速气流将其雾化、加速，使其以高速喷射到工件表面，形成耐磨、耐蚀以及抗高温氧化等特殊性能涂层的表面涂层方法。按加热喷涂材料的热源种类来划分，主要有燃气法、电气法和高能束加热法三类。热喷涂层由于不致密，与基材结合强度不高，在模具表面强化中难以发挥作用，于是涂层重熔使之与基材形成冶金结合、降低气孔率工艺的热喷焊就应运而生。

2.2 热喷焊技术

热喷焊工艺特别是氧乙炔火焰喷焊工艺简便，设备投资少，便于推广，广泛应用于模具表面的强化，提高耐蚀性、耐磨性和延长使用寿命，经济效益十分可观。

3 气相沉积技术

气相沉积技术按照成膜机理，可分为化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两大类。

3.1 物理气相沉积

在真空条件下，以各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程称为物理气相沉积。按照沉积时物理机制的差别分为真空蒸镀（VE）、真空溅射(VS）和离子镀（IP）三种类型。其中采用多弧离子镀膜方法镀覆TiN、TiC 耐磨涂层已在工模具表面强化方面取得了广泛的生产应用。

3.2 化学气相沉积

化学气相沉积是采用含有膜层中各元素的挥发性化合物或单质蒸气，在热基体表面产生气相化学反应，反应产物形成沉积涂层的一种表面技术。该技术在机械工业中发挥了巨大的作用，特别是一些如氮化物、碳化物、金刚石和类金刚石等

超硬膜的沉积，大大提高了如模具等工件的耐磨、耐蚀性。

转贴于 4 复合电镀技术

电镀层的应用，主要是在防蚀与装饰方面。复合电镀层的出现，为解决高温腐蚀、高温强度和磨损，提供了一种很有前途的方法。采用复合电镀，可以制备各类耐磨镀层。如采用基质金属———金刚石颗粒的复合镀层、Ni-P-SiC复合镀层，用于工模具表面具有良好的耐磨性。近年来，为了提高复合镀层的耐磨性，采取了如下措施：

（1）采用合金镀层，包括Ni-Co、Ni-Mn、Ni-Fe、Ni-P镀层等，代替单金属镀层，以较大幅度地提高模具表面的硬度。

（2）采用硬Cr层作为基质金属，可比纯Cr层耐磨性提高1- 3倍。

（3）采用聚四氟乙烯（PJFE）作为共沉积微粒制备的Ni-PJFE复合镀层常用于橡胶模和注塑模的脱模镀层。在摩擦磨损试验机上的试验结果表明Ni-PJFE复合镀层的磨损量是硬Cr层的1/10，光亮Ni层的1/50左右。

5 复合电刷镀技术

采用镍、钴、二氧化锆复合电刷镀液，使处理的模具型腔表面耐磨性大为提高，并有较高的硬度，镀层表面比较理想，与本体结合力强，经抛光后达到镜面，成本低，应用广泛。针对热锻模具、冲压模具、注射模具用量大、制造周期长、成本高的特点，利用复合电刷镀不仅可强化模具型腔表面，还可修复型腔面（属再制造工程），从而延长模具寿命。如在模具型腔表面刷镀0.01-0.02mm的非晶态镀层，可使寿命延长20%-100%。

6 化学镀技术

化学镀的均镀能力强，由于没有外电源，没有电流密度的影响，镀层可在形状复杂的模具型腔基材表面均匀沉积。特别是化学镀Ni-P层，其硬度可达1000HV，已接近一些硬质合金的硬度，而且具有相当高的耐磨能力。Ni-P镀层无疑会在模具型腔表面强化中发挥作用。据文献报道，化学镀Ni-P层目前已用于锌压铸模、注塑模等模具，起到了良好的强化作用，提高了模具的寿命。

7 高能束技术

激光束、离子束、电子束是三大高能束。由于它们的能量密度极高，对材料表面进行加热时，加热速度极快，整个基体的温度在加热过程中基本不受影响。这样对处理件的形状、性能等也不产生影响。因此采用这三大高能束对模具型腔进行表面改性，正引起了人们的关注。如利用激光材料表面强化技术（包括激光相变硬化（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基合金涂层等，可得无气孔的致密熔覆层，降低模具型腔表面粗糙度，大大减小磨损。

8 稀土表面工程技术

稀土表面工程技术中极少有直接使用纯稀土金属的，绝大多数使用稀土化合物，最常见的几种化合物有CeO2、La2o3、LaF3、CeF3、CeS2、Y2O3及稀土硅铁等。表面工程中加入稀土元素通常采用化学热处理、喷涂、电沉积、气相沉积和激光涂覆等方法。

稀土元素对化学热处理的影响主要表现为有显著的催渗作用，大大优化工艺过程；加入少量稀土化合物，渗层深度可以明显增加；改善渗层组织和性能。从而提高模具型腔表面的耐磨性、抗高温氧化性和抗冲击磨损性。

利用热喷涂和喷焊技术，将稀土元素加入涂层，可取得良好的组织与性能，使模具型腔表面具有更高的硬度和耐磨性。

物理气相沉积膜层性能的优劣和膜与基体结合强度大小密切相关，稀土元素的加入有利于改善膜与基体的结合强度，膜层表面致密度明显增大。同时，加入稀土元素可以使膜层耐磨性能也得到明显改善，例如应用于模具型腔表面的超硬TiN膜（加入稀土元素），使模具型表面呈现出高硬度、低摩擦系数和良好的化学稳定性，提高了模具的使用寿命。

转贴于 含稀土化合物的涂覆层，可大幅度提高模具金属材料表面对激光辐照能量的吸收率，对降低能耗和生产成本，以及推广激光表面工程技术都有重要意义。稀土涂覆层经激光处理后，组织和性能发生明显改善，涂覆层的硬度和耐磨性显著

提高，耐磨性是45#钢调质的5-6倍。对加入CeO2的热喷涂层进行激光重熔，研究发现合金化层的显微组织明显改变，晶粒得到细化。激光重熔加入稀土后的喷焊合金，稀土化合物质点在其中弥散强化，降低晶界能量，提高晶界的抗腐蚀性能，模具型腔表面的耐磨性也大大增强，有的文献报道稀土元素提高了耐磨性达1-4倍。另外，有研究发现，加入混合稀土化合物的效果优于单一稀土化合物。

把稀土元素加入镀层可采用电刷镀、电镀等电沉积方法。稀土甘氮酸配合物的加入使镀层防氧钝化寿命明显提高；稀土元素有催化还原SO2的作用，可以抑制Ni-Cu-P/MoS2电刷镀镀层中MoS2的氧化，明显改善了镀层的减摩性能，提高了抗腐蚀的能力，使模具型腔表面的耐磨寿命延长近5倍。

9 纳米表面工程技术展望

纳米表面工程是以纳米材料和其它低维非平衡材料为基础，通过特定的加工技术、加工手段，对固体表面进行强化、改性、超精细加工，或赋予表面新功能的系统工程。因其以具有许多特质的低维非平衡材料为基础，它的研究和发展将产生具有力、热、声、光、电、磁等性能的许多低维度、小尺寸、功能化表面。与传统表面工程相比，纳米表面工程取决于基体性能和功能的因素被弱化，表面处理、改性和加工的自由度扩大，表面加工技术的作用将更加突出。传统材料表面的低维化材料生长、组装，以及利用低维化材料对传统材料进行表面超精加工是纳米表面工程的主体技术。纳米表面工程技术是极具应用前景和市场潜力的。据德国科技部统计，在2000年材料表面的纳米薄膜器件组装和超精度加工的市场容量接近6000亿美元。

9.1 制作纳米复合镀层

在传统的电镀液中加入零维或一维纳米质点粉体材料可形成纳米复合镀层。用于模具的Cr-DNP纳米复合镀层，可使模具寿命延长、精度持久不变，长时间使用镀层光滑无裂纹。纳米材料还可用于耐高温的耐磨复合镀层。如将n-ZrO2纳米粉体材料加入Ni-W-B非晶态复合镀层，可提高镀层在550-850℃的高温抗氧化性能，使镀层的耐蚀性提高2-3倍，耐磨性和硬度也都明显提高。采用Co-DNP纳米复合镀层，在500℃以上，与Ni基、Cr基、Co基复合镀层相比，工件表面的高温耐磨性能大为提高。在传统的电刷镀溶液中，加入纳米粉体材料，也可制备出性能优异的纳米复合镀层。

9.2 制作纳米结构涂层

热喷涂技术是制作纳米结构涂层的一种极有竞争力的方法。与其它技术相比，它有许多优越性：工艺简单，涂层和基体选择范围广，涂层厚度变化范围大，沉积速率快，以及容易形成复合涂层等等。与传统热喷涂涂层相比，纳米结构涂层在强度、韧性、抗蚀、耐磨、热障、抗热疲劳等方面都有显著改善，且一种涂层可同时具有上述多种性能。

笔者认为纳米表面工程技术必将在精密模具型腔表面处理中发挥作用。