我國(guó)有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)體系現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

程紫輝 馬通達(dá) 張智慧

有色金屬新材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民日常生活及國(guó)防工業(yè)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)材料和重要的戰(zhàn)略物資。按《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》，有色金屬新材料可主要被劃分為先進(jìn)基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料及前沿新材料3類(lèi)。先進(jìn)基礎(chǔ)材料主要包括高性能鋁合金、高性能銅合金、鎂合金、鈦及鈦合金、稀有難熔金屬材料、貴金屬等；關(guān)鍵戰(zhàn)略材料主要包括高溫合金稀有金屬防護(hù)涂層材料、高純鉭靶材、平面顯示用高純鉬管靶等；前沿新材料主要包括3D打印材料、超導(dǎo)材料、液態(tài)金屬等，廣泛用于航空航天、軌道交通、新一代信息技術(shù)、海工船舶、新能源等領(lǐng)域。具體情況詳見(jiàn)表1所示。

1 我國(guó)有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問(wèn)題

新材料是保障中國(guó)制造實(shí)現(xiàn)由大變強(qiáng)的重要基礎(chǔ)，“材料先行”已形成業(yè)界共識(shí)。目前，我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)體系已初步形成，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，總產(chǎn)值由2010年的0.65萬(wàn)億元快速增長(zhǎng)至2017年的3.1萬(wàn)億元，2018年更是增長(zhǎng)至4.3萬(wàn)億元，年均增速超過(guò)25%。

根據(jù)國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì)編著的《中國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》（2017），參考主要有色金屬原材料市場(chǎng)價(jià)格，2017年我國(guó)高性能有色金屬新材料市場(chǎng)規(guī)模已突破1.9萬(wàn)億元，占新材料市場(chǎng)總規(guī)模的一半以上，表明有色金屬新材料在國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)乃至工業(yè)領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。雖然我國(guó)現(xiàn)已成為世界有色金屬新材料生產(chǎn)加工大國(guó)，但距離有色金屬新材料生產(chǎn)加工技術(shù)強(qiáng)國(guó)尚有一定差距。

盡管我國(guó)近些年來(lái)有色金屬材料產(chǎn)業(yè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，仍存在高端產(chǎn)品比例低，產(chǎn)品質(zhì)量有待提高的問(wèn)題。第一，有色金屬新材料在產(chǎn)業(yè)體系中所占比例不高。如新能源汽車(chē)的需求帶動(dòng)了有色金屬鈷、鋰等新材料的發(fā)展；軌道交通和汽車(chē)用鋁的產(chǎn)量和用量持續(xù)增長(zhǎng)，進(jìn)一步促進(jìn)了高端運(yùn)輸鋁材的應(yīng)用。然而，新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換總體緩慢。第二，有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)原始創(chuàng)新少，基礎(chǔ)共性關(guān)鍵技術(shù)、精深加工技術(shù)和用技術(shù)研發(fā)不足。例如，鋁加工幾百個(gè)常用牌號(hào)，中國(guó)自己研發(fā)的卻廖廖無(wú)幾；萬(wàn)噸擠壓機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，雖然能制造，但關(guān)鍵控制設(shè)備還需要進(jìn)口。第三，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性較差，均勻性、穩(wěn)定性不足，高精尖產(chǎn)品少。例如，大飛機(jī)用鋁合金預(yù)拉伸厚板和鋁合金蒙皮板、乘用車(chē)鋁面板等尚不能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；電子級(jí)12英寸硅單晶拋光片、部分大直徑超高純金屬靶材、寬禁帶半導(dǎo)體單晶拋光片、航空醫(yī)療領(lǐng)域高端鈦產(chǎn)品、部分高端銅鋁板帶箔材等仍依賴(lài)進(jìn)口。

針對(duì)于我國(guó)有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)整體“大而不強(qiáng)”、自主創(chuàng)新力不足的問(wèn)題，我國(guó)政府機(jī)構(gòu)、有色金屬上下游企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)，立足有色金屬全產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新全鏈條設(shè)計(jì)，大力開(kāi)展基礎(chǔ)研究、核心關(guān)鍵制造技術(shù)攻關(guān)、高精尖新品的研制和工程化應(yīng)用技術(shù)的開(kāi)發(fā)，著力滿(mǎn)足我國(guó)航空航天、軌道交通輕量化制造與節(jié)能減排、海洋工程與重大裝備制造、高端功能元器件制造等緊迫需求，促進(jìn)有色金屬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向高端高附加值方向轉(zhuǎn)型，帶動(dòng)有色金屬全行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，并逐步實(shí)現(xiàn)一些重要應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵產(chǎn)品材料的升級(jí)換代及國(guó)產(chǎn)替代。如：先進(jìn)半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，近年隨著國(guó)家對(duì)先進(jìn)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的政策和資金支持和下游向國(guó)內(nèi)的加速轉(zhuǎn)移以及部分材料的技術(shù)積累儲(chǔ)備，目前在高純金屬靶材、第3代半導(dǎo)體等領(lǐng)域都有所突破，開(kāi)始切入國(guó)內(nèi)外主流芯片客戶(hù)，啟動(dòng)材料的國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程；新能源汽車(chē)對(duì)鋰電池續(xù)航能力的要求，催生了電池材料從鉛酸體系、到磷酸鐵鋰電體系、到鎳鈷錳三元體系、到以后可能發(fā)展的固態(tài)電池體系的不斷更新升級(jí)；汽車(chē)輕量化趨勢(shì)，即是解決油耗、排放和車(chē)輛大型化需求之間矛盾的重要方法，輕量化技術(shù)從材料出發(fā)，將汽車(chē)質(zhì)量占比最高的“車(chē)身+底盤(pán)”由鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殇X合金材質(zhì)，催生了鋁合金材料的需求發(fā)展。

2 我國(guó)有色金屬新材料材料測(cè)試評(píng)價(jià)現(xiàn)狀及問(wèn)題

測(cè)試評(píng)價(jià)是衡量材料性能、應(yīng)用效果和使用價(jià)值的關(guān)鍵手段，各項(xiàng)指標(biāo)反映了材料的應(yīng)用價(jià)值。與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝相關(guān)聯(lián)的材料特征指標(biāo)，是新材料及其下游應(yīng)用制造業(yè)之間的重要紐帶。材料特征指標(biāo)的測(cè)試評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)結(jié)果是銜接上下游需求、加速新材料應(yīng)用的重要載體和溝通手段。有色金屬新材料的特征指標(biāo)應(yīng)滿(mǎn)足應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的要求，可為材料生產(chǎn)制造、工藝參數(shù)正確選擇提供依據(jù)，以期求得最經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)出品質(zhì)高、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、安全可靠的零部件和產(chǎn)品。

我國(guó)有色金屬新材料產(chǎn)品質(zhì)量不高，很大程度上歸因于我國(guó)測(cè)試評(píng)價(jià)能力不足，難以支撐有色金屬材料的升級(jí)換代、跨越式發(fā)展。我國(guó)材料測(cè)試評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)通常只具備化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試、組織結(jié)構(gòu)表征等基礎(chǔ)性分析測(cè)試能力，傳統(tǒng)測(cè)試評(píng)價(jià)方法往往從單一指標(biāo)出發(fā)，更多關(guān)注材料自身性能。隨著裝備制造、電子信息等下游領(lǐng)域集成性、交叉性不斷提高，“測(cè)不準(zhǔn)”的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，難以滿(mǎn)足綜合性能測(cè)試、服役性能評(píng)價(jià)、工程化應(yīng)用考核等各類(lèi)需求。據(jù)《2017年中國(guó)認(rèn)證認(rèn)可檢驗(yàn)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，2017年我國(guó)材料測(cè)試評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)數(shù)量約1 100家，實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入51.49億元，平均每家實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入476.76萬(wàn)元。雖然我國(guó)材料測(cè)試評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)眾多，但是有色金屬材料測(cè)試服務(wù)業(yè)依然面臨著快速發(fā)展中難以逾越的鴻溝，如從業(yè)機(jī)構(gòu)多而不精、大而不強(qiáng)，核心競(jìng)爭(zhēng)能力即材料測(cè)試評(píng)價(jià)能力尚不能支撐新材料產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展等。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

一是有色金屬綜合測(cè)試評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)的權(quán)威性不夠。缺少有效覆蓋有色金屬全生命周期的測(cè)試評(píng)價(jià)能力的機(jī)構(gòu)，對(duì)有色金屬新材料的研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用需要測(cè)試技術(shù)的支撐不足；國(guó)際互動(dòng)合作、數(shù)據(jù)比對(duì)、學(xué)術(shù)交流，以及與國(guó)際機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)互認(rèn)水平不高。

二是有色金屬分析測(cè)試評(píng)價(jià)共性關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系不夠完善。產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)不足，有色金屬新材料的測(cè)試方法、失效分析關(guān)鍵技術(shù)、環(huán)境試驗(yàn)與壽命評(píng)價(jià)技術(shù)、模擬仿真分析一體化技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)等有待進(jìn)一步突破；需進(jìn)一步聯(lián)合有色金屬行業(yè)內(nèi)企業(yè)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，建設(shè)有色金屬新材料標(biāo)準(zhǔn)信息庫(kù)，引導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，制修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)提供共性技術(shù)支撐。

三是有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)資源整合不夠。標(biāo)準(zhǔn)方面，分級(jí)管理不夠；方法研究方面，在原材料生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)之間未形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系；專(zhuān)家和設(shè)備資源整合不足，未得到充分作用；數(shù)據(jù)散落在應(yīng)用和制造企業(yè)內(nèi)部，未得到充分整合利用。

四是有色金屬測(cè)試服務(wù)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)服務(wù)能力不足?，F(xiàn)有測(cè)試服務(wù)機(jī)構(gòu)的服務(wù)區(qū)域范圍有限，市場(chǎng)推廣能力不足，已有的服務(wù)能力得不到充分發(fā)揮，部分高端儀器設(shè)備長(zhǎng)期閑置，材料生產(chǎn)應(yīng)用企業(yè)卻找不到權(quán)威的檢測(cè)機(jī)構(gòu)。

3 有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)體系發(fā)展趨勢(shì)

有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)貫穿于有色金屬新材料的全生產(chǎn)過(guò)程、全生命周期，通過(guò)基礎(chǔ)分析測(cè)試技術(shù)、工程應(yīng)用考核評(píng)價(jià)技術(shù)，借助現(xiàn)代分析測(cè)試手段，可獲取有色金屬新材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、物理及力學(xué)性能信息，進(jìn)而揭示材料服役性能和壽命表現(xiàn)。先進(jìn)基礎(chǔ)有色金屬新材料通常屬于性能優(yōu)異、量大面廣且“一材多用”的新材料，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防軍工建設(shè)起著基礎(chǔ)支撐和保障作用。測(cè)試評(píng)價(jià)多面向生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程，如常規(guī)環(huán)境試驗(yàn)、失效分析與可靠性測(cè)試、批次穩(wěn)定性、環(huán)境友好性、材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累等。關(guān)鍵戰(zhàn)略有色金屬新材料通常屬于多品種、小批量且有戰(zhàn)略需求的新材料，是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。測(cè)試評(píng)價(jià)多來(lái)源于應(yīng)用過(guò)程映射的評(píng)價(jià)需求，如關(guān)鍵理化參數(shù)、關(guān)鍵力學(xué)性能、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)、質(zhì)量一致性、工藝性參數(shù)等，亟需針對(duì)大型構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)、環(huán)境友好性評(píng)價(jià)、非標(biāo)環(huán)境試驗(yàn)、考核驗(yàn)證與失效分析、材料應(yīng)用數(shù)據(jù)積累開(kāi)展數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、數(shù)據(jù)分析和挖掘。前沿有色金屬新材料通常屬于尚在研發(fā)中，具備潛在或可以預(yù)見(jiàn)的優(yōu)異性能，代表了未來(lái)材料的發(fā)展方向。測(cè)試評(píng)價(jià)需求多來(lái)源于研發(fā)過(guò)程的需求，如化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、功能性、材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累等。

有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果是開(kāi)展產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過(guò)建立完善的有色金屬新材料全生命周期測(cè)試評(píng)價(jià)及認(rèn)證體系，開(kāi)展綜合測(cè)試評(píng)價(jià)、產(chǎn)品認(rèn)證/質(zhì)量分級(jí)、技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)和技術(shù)咨詢(xún)等公共服務(wù)，系統(tǒng)分析存在于有色金屬新材料全生產(chǎn)過(guò)程、全生命周期的測(cè)試評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，確保產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)的精準(zhǔn)度和高效能，有利于解決有色金屬新材料產(chǎn)品一致性和可靠性問(wèn)題，更利于促進(jìn)有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)我國(guó)有色金屬材料的測(cè)試評(píng)價(jià)提出了更高、更新的綜合要求：一方面，隨著有色金屬新材料種類(lèi)的增加，對(duì)分析測(cè)試的儀器裝備、測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)不斷提出了新的要求；另一方面，裝備制造、新能源、生物醫(yī)藥等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ猩饘傩虏牧戏垡笤絹?lái)越高，需要搭建面向工程化應(yīng)用考核評(píng)價(jià)裝置，同時(shí)還需要開(kāi)展有色金屬新材料在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的失效分析、環(huán)境試驗(yàn)與壽命評(píng)價(jià)、模擬仿真等綜合評(píng)價(jià)技術(shù)的研究，建設(shè)貫穿于研究、生產(chǎn)及應(yīng)用全過(guò)程的有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)體系意義重大。

綜上所述，為了滿(mǎn)足有色金屬新材料的研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造、應(yīng)用服役全過(guò)程對(duì)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)和公共服務(wù)的需求，需要從測(cè)試評(píng)價(jià)能力、服役評(píng)價(jià)能力、共性技術(shù)開(kāi)發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)化能力、產(chǎn)業(yè)化服務(wù)能力等4個(gè)方面建設(shè)和完善我國(guó)有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)體系，助力我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量快速發(fā)展。

4 國(guó)家新材料測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)——有色金屬材料行業(yè)中心

2019年10月10日，國(guó)標(biāo)（北京）檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司中標(biāo)“國(guó)家新材料測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)-有色金屬材料行業(yè)中心”項(xiàng)目。該項(xiàng)目系2019年國(guó)家新材料測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目，招標(biāo)編號(hào)為T(mén)C190H3ZW/2，項(xiàng)目總投資預(yù)算為15 252.56萬(wàn)元，其中獲批復(fù)中央財(cái)政資金（部門(mén)預(yù)算）4 570萬(wàn)元。

有色金屬材料行業(yè)中心建設(shè)聚焦《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》，通過(guò)深入研究有色金屬新材料關(guān)鍵測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)覆蓋全面性與專(zhuān)用測(cè)試能力先進(jìn)性問(wèn)題，解決重點(diǎn)有色金屬新材料的綜合測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)，突破有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)關(guān)鍵共性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)能力提升；通過(guò)新購(gòu)和自主研發(fā)一批設(shè)備填平補(bǔ)齊儀器裝備能力，完善和豐富測(cè)試評(píng)價(jià)參數(shù)，測(cè)試裝備能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；加大人才培養(yǎng)和人才引進(jìn)力度，通過(guò)技術(shù)研發(fā)、人員培訓(xùn)、技術(shù)交流，實(shí)現(xiàn)人才隊(duì)伍國(guó)際一流，重點(diǎn)解決我國(guó)有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)能力弱、水平低的問(wèn)題；通過(guò)創(chuàng)新合作機(jī)制，充分利用現(xiàn)有資源，避免重復(fù)建設(shè)，發(fā)揮各合作單位的優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)解決我國(guó)有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)資源分散、數(shù)據(jù)無(wú)法共享的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、專(zhuān)家資源共享；增強(qiáng)國(guó)際合作與交流，實(shí)現(xiàn)有色金屬材料檢驗(yàn)認(rèn)證國(guó)際互認(rèn)；搭建互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，提高設(shè)備、專(zhuān)家、人才、服務(wù)能力的資源利用效率；借助國(guó)家新材料測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)主中心的信息化平臺(tái)，提升對(duì)外服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)窗口和業(yè)務(wù)能力，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)分析、材料計(jì)算服務(wù)能力；全面支撐有色金屬新材料基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化的統(tǒng)籌銜接，形成上中下游協(xié)同創(chuàng)新的發(fā)展環(huán)境，降低新材料研發(fā)成本，縮短新材料研發(fā)周期，快速推進(jìn)新材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，提升有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)支撐能力，助力有色金屬新材料測(cè)試評(píng)價(jià)能力達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。

有色金屬材料行業(yè)中心將通過(guò)提升服務(wù)能力和技術(shù)水平，打造有色金屬行業(yè)分析測(cè)試第一品牌，將中心發(fā)展成為認(rèn)可度高、權(quán)威性強(qiáng)、有效支撐有色材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的測(cè)試認(rèn)證機(jī)構(gòu)，滿(mǎn)足有色金屬材料研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用中對(duì)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)及精確度的需求，支撐中國(guó)制造實(shí)現(xiàn)由大變強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)偉大戰(zhàn)略。