“航空航天領(lǐng)域超輕量化的金屬材料——鋁鋰合金，我們國家一直被美國全方位封鎖和限制，特別是軍用飛機、運載火箭、航天飛行器等國防領(lǐng)域應(yīng)用的鋁鋰合金對中國是禁運的。”日前，中南大學(xué)教授、航天結(jié)構(gòu)專家、湖南中創(chuàng)空天新材料股份有限公司（以下簡稱“中創(chuàng)空天”）總經(jīng)理黃誠告訴筆者，“唯一開放、能夠少量進口的渠道，就是民用飛機——國產(chǎn)客機Ｃ919機體采用的鋁鋰合金材料，但也面臨著被美國斷供的風(fēng)險。”
受限于此，即使不久前發(fā)射了天問一號火星探測器的新一代長征五號運載火箭，也沒能用上鋁鋰合金材料，無奈退而求其次，采用主流的鋁銅合金，導(dǎo)致運載能力一直捉襟見肘。
無米難為炊。沒有材料做基礎(chǔ)，后續(xù)的結(jié)構(gòu)件的制造就難以成炊，這對于航空航天軍用裝備來說是最致命的。
目前，我國雖然已經(jīng)制造出芯級直徑為5米的火箭，但是還沒有10米直徑的重型運載火箭結(jié)構(gòu)件制造能力；把“卡脖子”的鋁鋰合金材料用到10米直徑的重型運載火箭結(jié)構(gòu)上，并且實現(xiàn)超大直徑結(jié)構(gòu)的形性協(xié)同制造，高水平高可靠地降低箭體重量，可以大幅度提升進入空間的能力。
此項“卡脖子”技術(shù)難題，湖南正在勇挑重?fù)?dān)，有望在3年內(nèi)打破國際壟斷。
探究：制造大國
產(chǎn)業(yè)鏈里的又一短板
鋁是地球上含量最豐富的金屬元素，高于鐵，具有質(zhì)量輕、比強度高、耐腐蝕、易循環(huán)再回收利用的優(yōu)勢，鋁及鋁材被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍工以及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。近年來，我國鋁及鋁材的制造已經(jīng)迅速發(fā)展成為世界第一大制造國。
然而，深入探究，當(dāng)下，國內(nèi)的鋁合金材料行業(yè)正上演著冰火兩重天的怪象：一方面，中低端的鋁合金材料加工如火如荼，產(chǎn)能普遍過剩；另一方面，部分高技術(shù)含量、高精度、高質(zhì)量的鋁合金嚴(yán)重依賴進口，甚至被歐美主要的生產(chǎn)廠商壟斷。
對此，中南大學(xué)教授、輕合金材料專家黃元春分析指出，由于中國鋁工業(yè)起步較晚，技術(shù)相對落后，且自主創(chuàng)新力不足，新合金研發(fā)基本是跟蹤國外產(chǎn)品，加上國外對關(guān)鍵技術(shù)進行封鎖，導(dǎo)致我國中低端鋁材產(chǎn)品充斥市場，多種鋁材過剩；同時，對于航空航天、國防軍工、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域的高端鋁材仍處于不穩(wěn)定生產(chǎn)或者成品率低的狀態(tài)，甚至部分鋁材還不能制造，尤其在超大規(guī)格的2XXX系、7XXX系高端鋁材的高綜合性能制造技術(shù)方面長期處于瓶頸。
民用領(lǐng)域，汽車用的高端鋁合金板，高鐵、地鐵的列車車體用的高端鋁合金材料，絕大部分都依賴進口。裝備制造供應(yīng)鏈上游的材料短板也在產(chǎn)業(yè)企業(yè)界取得了共識。8月21日召開的湖南省屬國有資本布局優(yōu)化和結(jié)構(gòu)調(diào)整座談會上，中車株洲電力機車有限公司副總經(jīng)理、財務(wù)總監(jiān)熊銳華，中國鐵建重工集團股份有限公司黨委副書記、執(zhí)行董事賀勇軍等都不約而同地提出了裝備制造業(yè)核心零部件的短板問題，建議政府加強支持核心零部件的研制和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
值得注意的是，國家統(tǒng)計局在2018年11月公布的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類》2018版，新增了新型鋁合金制造、高品質(zhì)鋁鑄件、鋁鍛件和鋁型材制造類目。高端的鋁合金新材料短板，被國家上升到了更高的高度。
追溯：鋁鋰合金
為何備受美歐國家器重和封鎖
鋰是自然界最輕的金屬元素，研究表明，在鋁合金中每加入1%的鋰，可使鋁合金密度降低3%，模量提高6%。與傳統(tǒng)航天通用的高性能2系、7系鋁合金相比，鋁鋰合金具有質(zhì)量更輕，模量更高，更易實現(xiàn)航天裝備的高可靠、輕量化制造。
數(shù)據(jù)顯示，航天運載器每減輕1kg，其發(fā)射費用可節(jié)省約2萬美元。上世紀(jì)90年代，美國航天飛機超輕貯箱使用2195鋁鋰合金替代2219合金實現(xiàn)減重3.4噸，可以使發(fā)射成本節(jié)省6800萬美元，按照當(dāng)時的匯率計算，相當(dāng)于節(jié)約了至少5.5億元。
因此，針對在航空航天、軌道交通、船舶運輸?shù)葢?yīng)用領(lǐng)域的急迫減重需求領(lǐng)域，鋁鋰合金的應(yīng)用能夠帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益。
“輕質(zhì)、高比強度、高比剛度，就憑這些優(yōu)點，所有的交通運輸都推崇這個材料。”黃元春一語中的，此外，鋁鋰合金具有卓越的抗腐蝕性能和耐疲勞特性，又利于延長設(shè)備的使用壽命。
作為目前世界上最先進的鋁合金材料，鋁鋰合金已經(jīng)發(fā)展到了第四代。然而，由于鋰元素特有的化學(xué)活性高、密度低等物理性質(zhì)，導(dǎo)致鋁鋰合金從成分設(shè)計、熔鑄、塑性成形到熱處理，各個環(huán)節(jié)的加工難度和技術(shù)復(fù)雜性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它鋁合金材料。全球目前只有5家企業(yè)可以生產(chǎn)鋁鋰合金：美鋁、俄鋁、法鋁、加鋁和中鋁。
中國中鋁旗下西南鋁業(yè)擁有國內(nèi)唯一的一條鋁鋰合金生產(chǎn)試驗線，但仍面臨著成品率低、制造成本極高的尷尬，且不能實現(xiàn)批量化穩(wěn)定生產(chǎn)。
進入2000年以后，中南大學(xué)科研攻關(guān)突破了2195鋁鋰合金成形技術(shù)，性能達到國際標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過10多年的發(fā)展，目前我國2195鋁鋰合金的制造技術(shù)已經(jīng)基本成熟，但要完全追趕上美歐國家，還需要一個工程化產(chǎn)業(yè)化的過程。
科研土壤：湖南加速培育
高端鋁合金新材料產(chǎn)業(yè)鏈
筆者看到，在岳陽城陵磯新港區(qū)，中創(chuàng)空天新材料產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項目，一條鋁鋰合金生產(chǎn)線正在緊鑼密鼓的組建，按照進度，預(yù)計明年9月正式投產(chǎn)。
這條高科技含量的生產(chǎn)線承載著全國的期待。鋁鋰合金一旦在湖南實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，我國高端裝備制造產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈上，高品質(zhì)、高性能鋁合金材料及構(gòu)件制造被“卡脖子”的歷史將告終結(jié)，制造成本也將直線下降，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級以及節(jié)能減排創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。
湖南不僅有工程機械、軌道交通裝備、中小航空發(fā)動機等制造業(yè)硬科技的實力，還有著發(fā)展高端鋁合金新材料的科研土壤。
近年來，以鐘掘院士科研團隊為首，中南大學(xué)輕合金研究所在輕合金領(lǐng)域的科研能力基本達到了國際一流水平，特別是對鋁、鎂、鈦等輕合金材料制造全過程的研究，形成了新型高性能輕合金材料設(shè)計技術(shù)、高效熔體凈化技術(shù)、超聲波均質(zhì)鑄錠鑄造技術(shù)、新型鋁鋰合金熔鑄技術(shù)、大型材料構(gòu)件一體化制造技術(shù)與熱處理技術(shù)等百余項核心專利與技術(shù)群。
中創(chuàng)空天新材料產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項目正是融合了政府、高校、科研院所與企業(yè)多方智慧與力量的結(jié)晶。
2019年底，在湖南省委軍民融合辦、省國資委、岳陽市政府、中南大學(xué)、航天科技集團一院、湖南高新創(chuàng)業(yè)投資集團有限公司等協(xié)同支持下，以混合所有制方式，共同發(fā)起設(shè)立中創(chuàng)空天，致力于解決高端鋁合金材料及構(gòu)件制造技術(shù)“卡脖子”問題，同時促進民用高端裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型升級。
疫情考驗：今年年底正常投產(chǎn)
剛剛問世的中創(chuàng)空天，就面臨著2020年新冠肺炎疫情的考驗。中創(chuàng)空天一方面積極與岳陽市政府對接，嚴(yán)抓各項防疫要求；另一方面，在保障所有員工各類防疫物資的情況下，工程建設(shè)、市場開拓、技術(shù)準(zhǔn)備、運營管理等各線于2月10日正式全面開工。防疫與生產(chǎn)齊頭并進，中創(chuàng)空天是岳陽地區(qū)首個開工的重點建設(shè)項目，并確保了疫情期間的“零感染”。
“上半年堅持克服了疫情帶來的不利影響，確保今年計劃目標(biāo)任務(wù)如期完成。”黃誠介紹，目前，整個產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)的速度非?？欤?00多畝地，廠房建設(shè)有條不紊。項目一期把超大規(guī)格的2XXX系、7XXX系鋁材制造技術(shù)瓶頸的突破和工程化作為生產(chǎn)經(jīng)營的主要目標(biāo)之一。正在建設(shè)的5條生產(chǎn)線，包括自主構(gòu)建高性能鋁合金熔鑄、大型鍛壓件與環(huán)筒件、大型高精度薄壁件、大規(guī)格復(fù)雜斷面擠壓型材等智能化生產(chǎn)線，將從今年年底到2021年7月分批陸續(xù)投產(chǎn)。
其中，高性能（2XXX系、7XXX系）鋁合金鑄錠生產(chǎn)線，可生產(chǎn)鑄錠最大直徑1.4米，為航空航天超大型構(gòu)建提供原材料。
高性能大型復(fù)雜斷面型材生產(chǎn)線，可實現(xiàn)高品質(zhì)鑄錠均熱處理、模具精確控溫加熱與型材高精度高性能熱處理，所配套精整設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)擠壓成形鋁型材的牽引、淬火、冷卻、傳送、拉伸、切割、檢驗等，主要生產(chǎn)2XXX系、7XXX系鋁合金型材，用于高品質(zhì)航空航天、軍工產(chǎn)品以及高端民用產(chǎn)品。
鋁鋰合金鑄錠生產(chǎn)線，可生產(chǎn)鋁鋰合金扁錠規(guī)格500mm(厚)×1600mm(寬)和圓錠規(guī)格Φ500mm(直徑)以上，年產(chǎn)量可達7000噸，為航空航天高端裝備用高比強度、高比剛度的先進鋁鋰合金材料及構(gòu)件制造提供有力支撐。
值得一提的是，針對傳統(tǒng)鋁加工企業(yè)和空天裝備制造企業(yè)供需長期脫節(jié)、材料加工周期長、構(gòu)件品質(zhì)難保證、供貨能力不穩(wěn)定等問題，中創(chuàng)空天以鐘掘院士提出的“空天裝備流變制造科學(xué)與工程”為核心原理，在全球率先創(chuàng)新材料加工與構(gòu)件制造一體化模式，促進空天裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈與鋁合金加工產(chǎn)業(yè)鏈交叉融合。
幕后機制：協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)保障
技術(shù)產(chǎn)業(yè)化高質(zhì)量落地
讓人不解和好奇的是，是什么力量驅(qū)動著新生的中創(chuàng)空天跨過新冠肺炎疫情阻力，保持快速高效運轉(zhuǎn)？
“我們前期籌備過程中也在不斷的思考，如何讓中創(chuàng)空天做到科研團隊和企業(yè)的深度融合？”中創(chuàng)空天董事長劉敬東坦言，改革開放40多年以來，產(chǎn)學(xué)研一體化模式探索的先例很多，高端技術(shù)科研產(chǎn)業(yè)化過程中不乏成功的案例，但更多的是失敗，很多項目最后都變成了鏡花水月。
對于中創(chuàng)空天，湖南高新創(chuàng)業(yè)投資集團有限公司在頂層設(shè)計過程中，發(fā)揮了重要作用。
高新創(chuàng)投主要從三個方面建立責(zé)任共擔(dān)與成果共享的協(xié)作機制，構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)。
第一，完全比照混合所有制，考慮研發(fā)團隊個人的股權(quán)結(jié)合。中創(chuàng)空天以國有資本牽頭，集合知識產(chǎn)權(quán)資本與社會資本力量創(chuàng)建了股權(quán)多元化的混合所有制：其中，湖南高新創(chuàng)業(yè)投資集團有限公司占股35%，湖南城陵磯臨港新區(qū)開發(fā)投資有限公司持股15%，中南大學(xué)資產(chǎn)經(jīng)營有限公司持股6%，鐘掘院士創(chuàng)新團隊持股14%，核心管理團隊持股5%。
“這個項目應(yīng)該說是完全實現(xiàn)了科研團隊和企業(yè)的深度融合，甚至是完全融合，充分調(diào)動擁有知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)團隊的積極性，保證軍民兩用技術(shù)扎實高效轉(zhuǎn)化。”劉敬東說。
第二，與一流機構(gòu)、一流技術(shù)及一流團隊合作。中創(chuàng)空天有機結(jié)合了鐘掘院士團隊世界一流技術(shù)儲備、中南大學(xué)國家級科研創(chuàng)新平臺、湖南唯一的省級國有創(chuàng)投機構(gòu)以及中國航天科技集團等高端市場需求。
第三，對標(biāo)國內(nèi)上市公司優(yōu)秀企業(yè)模式，建立現(xiàn)代企業(yè)管理體系，管理指標(biāo)參照科創(chuàng)板標(biāo)準(zhǔn)實施。資本是逐利的，該項目擬總投資67億元，分兩期建設(shè)，總體達產(chǎn)后年產(chǎn)值將達到100億元。按照測算，中創(chuàng)空天從現(xiàn)在運行到第3年也就是2022年左右基本能達到盈虧平衡。
今年上半年，尚在建設(shè)期的中創(chuàng)空天就獲得了國家開發(fā)銀行以及工農(nóng)中建四大國有銀行共計近30億元授信。
隨著高端鋁合金新材料軍民兩用制造技術(shù)的補齊，湖南的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈進一步延長。以此為根基，未來，我們國家的深空探測、登月工程的結(jié)構(gòu)材料將迎來一個很大的躍進。高鐵、地鐵、汽車、輪船等國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的升級換代進程也將加速實現(xiàn)，從而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和環(huán)保效應(yīng)。