姚遠

摘 要：隨著新技術的迅速發(fā)展，人們以傳統(tǒng)材料為基礎，開發(fā)出新材料，從而滿足新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，調(diào)整傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結構。憑借優(yōu)異的性能，新材料被廣泛應用于機械制造領域。本文從新材料與機械制造的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀入手，闡述了新材料在機械制造領域的應用及其影響，以期將新材料更好地應用于機械制造中。

關鍵詞：新材料;機械制造;生產(chǎn)加工

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）09-0054-03

Abstract： With the rapid development of new technologies， people have developed new materials based on traditional materials to meet the development needs of emerging industries and adjust the structure of traditional industries. With excellent performance， new materials are widely used in the field of machinery manufacturing. This paper started with the status quo of new materials and machinery manufacturing， expounded the application and influence of new materials in the field of machinery manufacturing， in order to better apply new materials to machinery manufacturing.

Keywords： new materials;machinery manufacturing;production and processing

新材料是國民經(jīng)濟的先導產(chǎn)業(yè)，也是高端制造業(yè)和國防工業(yè)發(fā)展的重要保證。在我國新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，國家給予了大量支持，新材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（見圖1）逐年提高，現(xiàn)已初步形成了比較完整的新材料產(chǎn)業(yè)體系。

機械制造行業(yè)在我國有著悠久的發(fā)展歷史，行業(yè)運行規(guī)范。隨著新工藝的探索以及新裝備的不斷涌現(xiàn)，機械制造行業(yè)正快速汲取高新技術的營養(yǎng)成分，由傳統(tǒng)的“技術”產(chǎn)業(yè)導向逐步轉變?yōu)椤凹夹g與科學”并重的新型產(chǎn)業(yè)導向。

1 新材料在機械領域中的應用

我國工業(yè)的迅猛發(fā)展促使社會各界對新型機械設備的需求不斷增加，對其產(chǎn)品的性能與質(zhì)量也有了新的要求。新材料的出現(xiàn)極大地拓展了機械制造的適用范圍，而機械設備的更新也使得新材料有了更多的用武之地。

1.1 新型金屬材料在機械領域中的應用

當前，機械制造行業(yè)在社會經(jīng)濟財富值中的占比極

高。隨著我國新型金屬材料的開發(fā)，一些選擇傳統(tǒng)鋼材作為機械配件的機械制造行業(yè)已經(jīng)逐漸弱化了其在市場中的存在感，而采用新型金屬材料的機械制造產(chǎn)業(yè)則在發(fā)展過程中展現(xiàn)出了新的面貌。新型金屬材料具有協(xié)調(diào)性好、強度高等諸多特性，在與傳統(tǒng)金屬材料的對比過程中顯現(xiàn)出極大的優(yōu)勢[1]。機械鋼材領域的高端特鋼具有高強度、高韌度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗低溫、壽命長、低鐵損和高磁感等特征，其品質(zhì)的高低是衡量一個國家是否能夠成為鋼鐵強國的重要標志。其中，高速鋼、精密合金鋼、耐蝕鋼、高溫合金鋼和合金工模鋼等特鋼是機械、軍工、交通等行業(yè)最主要的需求鋼類，如圖2所示。

除去耗材的應用，在零部件的生產(chǎn)中，新型金屬材料也扮演著重要角色。金屬基復合材料在力學方面不但強度高，而且韌性與疲勞強度等綜合性能更好，這也就意味著更高的穩(wěn)定性與更長的使用壽命。以機械內(nèi)燃機為例，活塞、活塞環(huán)與缸壁在高溫高壓的狀態(tài)下長期摩擦，傳統(tǒng)鑄鐵材質(zhì)或鋁合金材質(zhì)的活塞容易發(fā)生磨損、變形、疲勞熱裂的情況，尤其是一些功率較大的發(fā)動機，可采用增強鋁鎂合金制成的活塞，其耐磨性可比一般金屬提升50%左右，耐熱性也有極大的提高，同時具有較低的線膨脹系數(shù)。

1.2 新型有機高分子材料在機械領域中的應用

有機高分子材料也稱高聚合物材料，在機械制造領域中被主要應用于機械零件制造與機械結構件制造兩個方面。根據(jù)聚合物的用途與性能，有機高分子材料可以分為塑料、纖維、橡膠三個大類。目前，相關產(chǎn)品的研發(fā)速度很快，針對某項具體特性與功能而開發(fā)的新型高分子材料不斷涌現(xiàn)。例如，POM（聚甲醛）是熱塑性結晶高分子聚合物，具有突出的機械性能與耐磨性，對金屬的同比磨耗量比尼龍還小，可以代替銅、鋁等有色金屬用于齒輪、凸輪、軸承、導軌以及多種泵體等機械結構件的生產(chǎn)。

除上述內(nèi)容外，一些新型有機高分子材料在環(huán)保性方面也有突出的表現(xiàn)。機械制造領域，目前，對于各行業(yè)使用的塑料高分子材料，世界年產(chǎn)量高達2億t，它已經(jīng)與鋼鐵等金屬、陶瓷水泥等無機材料并列，成為不可或缺的三大材料之一。但是，塑料、橡膠、復合材料等廢舊高分子材料很難老化降解，上百年都難徹底分解[2-3]。而3D打印技術可以進行增材制造，這種技術正在興起，其所用材料一般具有利用率高、成型快、物理性能好等特點。以PLA（聚乳酸）為例，它是一種新型的完全生物降解材料，使用可再生植物資源所提煉的淀粉原料制成，在使用后可以被自然界的微生物完全降解，轉化為無害的水和二氧化碳。

1.3 新型無機非金屬材料在機械領域中的應用

無機非金屬材料是與金屬材料和有機高分子材料并列的三大材料之一。新型無機非金屬材料不同于傳統(tǒng)的無機非金屬材料，具有更為特殊的性能與用途。以新型陶瓷材料為代表，它采用人工合成的高純度無機化合物作為原料，化學組成和組織結構不同，其擁有的特殊性能也不同，如高硬度、耐磨耗、耐高溫、隔熱、絕緣和磁性等。其中，工程陶瓷可以忍耐1 900 ℃以上的高溫，是軍事、原子能、化工等領域的重要材料;而功能陶瓷具有光、電、磁及部分化學功能，在儀器儀表、電子通信、精密機械等領域發(fā)揮著重要作用。

以新型陶瓷材料為代表的新型無機非金屬材料在機械領域中常被用于制造軸承與切削刀具。傳統(tǒng)金屬軸承以油作為潤滑介質(zhì)，這就決定了其無法適應高溫、高速和有化學腐蝕的場合。新型陶瓷質(zhì)量遠低于同體積鋼材的質(zhì)量，這也就意味著能夠減少機械運行時零件的離心荷載，使零件更好地適應高速環(huán)境。同時，陶瓷摩擦系數(shù)約為鋼材的30%，熱膨脹率約是鋼材的20%，所以機械運行過程中陶瓷零件所產(chǎn)生的熱量較少同時又能夠適應溫度變化很大的環(huán)境。在機械加工中，刀具的性能是影響切削加工性能、表面質(zhì)量、精度的決定性因素之一。新型陶瓷材質(zhì)刀具具有耐熱性、耐磨性和良好的化學穩(wěn)定性，在超硬難材料加工方面比傳統(tǒng)刀具更具優(yōu)勢。

2 新材料應用對機械制領域的影響

機械制造領域，我國經(jīng)歷了引進、學習、模仿和自主創(chuàng)新的全過程。近年來，我國在機械制造領域不斷加大投資力度，取得了非常顯著的成果，大量優(yōu)秀人才在機械領域涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)競爭力不斷增強，蓬勃發(fā)展的機械制造業(yè)為我國經(jīng)濟與科技的進一步發(fā)展提供了有力保障。與此同時，越來越多的新材料應用出現(xiàn)在人們的日常生活中，新材料行業(yè)已成為投資風口，其正在重新定義材料產(chǎn)業(yè)“新版圖”，中國正在“引爆”一場新材料產(chǎn)業(yè)革命[3]。受這樣一場產(chǎn)業(yè)革命的影響，機械制造行業(yè)也呈現(xiàn)出新的態(tài)勢。

2.1 推動機械制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

目前，各大院校和科研單位對于新型材料的開發(fā)、應用都進行了多方面的探索，也取得了諸多成績。新型材料的性能優(yōu)勢與功能特殊性必然會催生出全新的產(chǎn)品領域。以稀土新材料為例，永磁材料是稀土應用領域最重要的部分，由于優(yōu)異的光、電、磁和催化等物理特性，其被應用在新能源汽車、節(jié)能電器等電力能源方面。此類新領域的出現(xiàn)使社會對制造業(yè)的需求更大，產(chǎn)品的質(zhì)量要求更高，這也就在客觀上推動了機械制造業(yè)的發(fā)展。不斷推出新的產(chǎn)品與技術使機械制造業(yè)逐步擺脫單純追求速度的發(fā)展階段，尤其是近年來，我國在5G通信技術、海軍技術、航空航天技術等領域快速發(fā)展，需要的零部件也比之前更加精密、更為耐久，這些都促使機械制造業(yè)主動關注產(chǎn)品的科技附加值，逐步進入產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展階段。

2.2 刺激機械制造業(yè)技術進步

我國擁有龐大的工業(yè)用戶，市場需求不斷變化更新。為了更好地適應市場需求，機械制造產(chǎn)業(yè)只能不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構，優(yōu)化生產(chǎn)模式，提高生產(chǎn)技術。只有充分了解行業(yè)的新技術、新材料、新動態(tài)，才不會被快速發(fā)展的市場所淘汰。新材料技術被稱為“發(fā)明之母”和“產(chǎn)業(yè)糧食”，材料的創(chuàng)新能夠賦予機械制造科學新的內(nèi)涵，并為其開辟出更廣闊的發(fā)展空間。新材料的迅猛發(fā)展推動了機械制造、航空航天、生物醫(yī)療等多個領域的進步，在這樣一個工業(yè)新時代里，新材料與新技術理應相輔相成，共同發(fā)力，單純地追求速度或數(shù)量顯然已無法滿足整個市場的需求，技術引領生產(chǎn)的格局正在機械制造領域慢慢展開。

2.3 創(chuàng)造機械制造業(yè)發(fā)展新機遇

目前，我國幾乎可以生產(chǎn)并正在生產(chǎn)所有的新型材料，但部分在品質(zhì)方面仍與國外存在一定差距，在超前的研發(fā)與實用性開發(fā)方面仍比較落后，同時也缺少相關專利，只能以仿制為主。新材料一直是國際競爭的重點領域之一，發(fā)達國家為保證自身科技的領先地位，長久地占據(jù)國際產(chǎn)品交易市場的主動權，必然不會將核心的科技分享給中國[4]。以國外一直對中國封鎖的超精密加工數(shù)控技術為例，直到2018年，我國才完全實現(xiàn)這種發(fā)絲直徑萬分之一的微米級操作，完成對世界一流的追趕。但是，人們應該清醒地認識到，困難即機遇。西方的技術封鎖并不可怕，一旦攻克了一批“卡脖子”的技術難題，完成相應的產(chǎn)品創(chuàng)新與技術創(chuàng)新，必然會進一步加快科研技術產(chǎn)業(yè)化的速度，使新材料、新技術成為行業(yè)升級轉型的有力支撐[5]。

3 結語

在當前新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的大趨勢下，新材料與信息、生物、能源等高技術領域加速融合，為數(shù)字經(jīng)濟、生命健康和新能源等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強有力的物質(zhì)基礎支撐。我國已經(jīng)將新材料產(chǎn)業(yè)擺在了一個十分突出的位置上，新材料、新技術的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。在欣喜的同時，人們應該認識到“無材可用、有材不好用、好材不敢用”等問題的存在。因此，人們應加強科研實力，提升新型材料的質(zhì)量，推動機械制造的智能化、高效化、質(zhì)量化發(fā)展，建立可靠的產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈，這樣才能使機械制造與新技術、新材料相互融合，從而更好地服務人類。

參考文獻：

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[4]王玉萍，葉志鎮(zhèn).關于加速推進我國“十四五”新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的幾點思考[J].材料科學與工程學報，2021（1）：96-98.

[5]薛紅銳.工程機械研究發(fā)展趨勢與新技術[J].內(nèi)燃機與配件，2019（9）：30-34.