有研粉材研究報告：募投項目和增材子公司進(jìn)入投產(chǎn)期，未來可期1.公司概況有研粉末新材料（北京）有限公司成立于2004年，隸屬于有研集團(tuán)。2018年，公司依法整體變更設(shè)立為股份有限公司。2021年公司于科創(chuàng)板上市。公司自設(shè)立以來一直專注于先進(jìn)有色金屬粉體材料的設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，在國內(nèi)外有色金屬粉體材料市場皆具有較強(qiáng)的市場競爭力，目前公司主要產(chǎn)品包括銅基金屬粉體材料、微電子錫基焊粉材料和3D打印粉體材料等。有色金屬粉體材料行業(yè)是高端制造領(lǐng)域發(fā)展的重要基礎(chǔ)，屬于國家重點支持的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的新材料產(chǎn)業(yè)。截至2022年9月30日，公司總股本10366萬股，流通股約6290.88萬股。目前，有研集團(tuán)累計持有公司36.31%的股權(quán)，為公司的控股股東。公司實控人為國務(wù)院國資委，股權(quán)結(jié)構(gòu)整體較為穩(wěn)定。根據(jù)2022年三季報，公司前三季度實現(xiàn)營業(yè)收入21.34億元，同比增長7.79%；歸屬于上市公司股東的凈利潤3836.11萬元，同比下降22.03%。公司第三季度實現(xiàn)營業(yè)收入5.69億元，同比下降20.16%；歸屬于上市公司股東的凈利潤579.79萬元，同比下降62.51%。公司第三季度業(yè)績出現(xiàn)較大程度下滑，主要原因有三：受宏觀經(jīng)濟(jì)下行和下游需求影響，銅基和錫基粉體材料銷售情況不及預(yù)期；南方高溫限電政策導(dǎo)致公司部分生產(chǎn)基地停產(chǎn)；銅、錫等原材料價格下跌導(dǎo)致公司出現(xiàn)存貨跌價損失。2.募投項目投產(chǎn)在即，銅粉和錫粉業(yè)務(wù)步入快速增長期2.1.公司銅基、錫基粉材品種豐富，技術(shù)先進(jìn)按照生產(chǎn)工藝劃分，公司銅基金屬粉體材料主要包括三種，即電解銅金屬粉體材料、霧化銅基金屬粉體材料和其他銅基金屬粉體材料，主要應(yīng)用于粉末冶金、超硬工具、電工材料、摩擦材料等行業(yè)。公司自主研究開發(fā)出高品質(zhì)電解銅粉綠色制備技術(shù)，已相對成熟并達(dá)到了國際先進(jìn)水平。公司通過自主研發(fā)系列無鉛環(huán)保微電子焊粉制備及材料設(shè)計技術(shù)，開發(fā)出能夠替代原Sn-Pb合金的系列低、中、高溫?zé)o鉛合金焊粉，促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈的無鉛環(huán)?；?。其中，公司開發(fā)出Sn-Bi-Cu、Sn-Bi-Sb、Sn-Bi-Zn等低溫?zé)o鉛焊料，解決了低溫?zé)o鉛焊料可靠性不足的問題，也緩解了焊料無鉛化以來成本急劇攀升的問題。公司的焊粉制備技術(shù)人總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并在中高端應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。2.2.新建生產(chǎn)基地陸續(xù)投產(chǎn)，產(chǎn)能逐步擴(kuò)張招股說明書顯示公司將利用上市募集資金進(jìn)行重慶市綦江古劍山橋河工業(yè)園區(qū)粉體材料生產(chǎn)基地的建設(shè)，實施主體為有研重冶。該項目總投資1億元，電解銅金屬粉體材料設(shè)計產(chǎn)能8000噸/年，霧化銅基粉體材料設(shè)計產(chǎn)能400噸/年，其他銅基金屬粉體材料設(shè)計產(chǎn)能3200噸/年，錫粉設(shè)計產(chǎn)能400噸/年。目前，全資子公司有研重冶已完成募投項目“新建粉體材料基地建設(shè)項目”主體工程建設(shè)，進(jìn)入設(shè)備安裝階段，預(yù)計2022年12月31日前可完成項目建設(shè)并投入試生產(chǎn)。此外，為了開拓海外市場，推進(jìn)海外業(yè)務(wù)布局，提升公司產(chǎn)品在海外市場的競爭力和占有率，更好的滿足客戶需求，提高收入規(guī)模和利潤水平，公司在泰國布局生產(chǎn)基地。項目總投資9706.92萬元，電解銅金屬粉體材料設(shè)計產(chǎn)能為4000噸/年，霧化銅基金屬材料設(shè)計產(chǎn)能為1700噸/年，微電子錫基焊粉材料設(shè)計產(chǎn)能400噸/年，錫粉設(shè)計產(chǎn)能300噸/年。該項目已于2022年6月開工，預(yù)計泰國生產(chǎn)基地2023年三季度投產(chǎn)。重慶新建粉體材料生產(chǎn)基地投產(chǎn)后，將替代部分現(xiàn)有產(chǎn)能，產(chǎn)能凈增約為3000噸。預(yù)計2023年和2024年，公司銅基金屬粉體材料產(chǎn)量將分別提高3000噸和5700噸，微電子錫基焊粉材料產(chǎn)量將分別提高400噸和700噸，公司歸母凈利潤分別增長1860萬元和2410萬元。3.3D打印步入量產(chǎn)期，特種粉材需求有望快速增長3.1.著眼未來，公司新設(shè)增材制造子公司2021年11月，公司發(fā)布《增材及特種粉體材料產(chǎn)業(yè)公司化運營項目可行性研究報告》，宣布將整合有研粉材旗下增材制造及高溫特種粉體材料業(yè)務(wù)板塊相關(guān)資源，新設(shè)有研增材技術(shù)有限公司并實現(xiàn)獨立運營。新設(shè)公司將以市場需求為導(dǎo)向，依托自身在金屬粉末制備環(huán)節(jié)的技術(shù)優(yōu)勢，圍繞航空航天、汽車、國防軍工、醫(yī)療健康、模具設(shè)計等下游應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)生產(chǎn)增材制造金屬粉體材料和高溫特種粉體材料產(chǎn)品。新公司的設(shè)立有助于突破增材制造及高溫特種粉體業(yè)務(wù)板塊的發(fā)展瓶頸，增強(qiáng)企業(yè)核心競爭力，把握增材制造和高溫特種粉體行業(yè)發(fā)展機(jī)遇，更好的滿足下游領(lǐng)域市場需求，從而提高公司的收入規(guī)模和盈利水平。目前新設(shè)公司已正式投產(chǎn)。新設(shè)公司計劃注冊資本為5000萬元，其中有研粉材以現(xiàn)金形式出資3000萬元，占新設(shè)公司60%股權(quán)；有研粉材的全資子公司康普錫威以經(jīng)評估的固定資產(chǎn)和無形資產(chǎn)形式出資1000萬元，占新設(shè)公司20%股權(quán)；鋼研投資有限公司作為戰(zhàn)略投資者，以現(xiàn)金形式出資1000萬元，占新設(shè)公司20%股權(quán)。鋼研投資與新設(shè)公司的客戶鋼研高納同為鋼研集團(tuán)控股公司，一般情況下，鋼研高納進(jìn)行合金設(shè)計和部分原材料準(zhǔn)備，有研增材利用霧化裝備生產(chǎn)球形金屬粉末提供給鋼研高納。新設(shè)公司的主營業(yè)務(wù)包括增材制造金屬材料和特種合金粉體材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，其中增材制造金屬粉體材料為重點發(fā)展方向，主要產(chǎn)品為高溫合金粉末、鋁合金粉末、銅合金粉末等。新設(shè)公司采用的粉末制備技術(shù)主要包括三類，分別為真空氣霧化制粉技術(shù)、高壓水霧化制粉技術(shù)和高速離心霧化制粉技術(shù)。鉑力特是一家專注于工業(yè)級金屬3D打印的高新技術(shù)企業(yè)，其主營業(yè)務(wù)包括金屬3D打印設(shè)備、金屬3D打印定制化產(chǎn)品及金屬3D打印原材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，是中國金屬3D打印領(lǐng)先企業(yè)，于2019年7月在科創(chuàng)板上市。2019-2021年間，鉑力特自有金屬3D打印設(shè)備由90余臺增長至240余臺，自研3D打印設(shè)備銷量由35臺增長至140臺，3D打印設(shè)備數(shù)量的增長有望帶動3D打印金屬原材料需求的不斷提升。目前，鉑力特是公司增材制造子公司的客戶，向其批量供貨增材制造用鋁合金粉末、銅合金粉末等產(chǎn)品。3.2.3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L3D打印即快速成型技術(shù)的一種，又稱增材制造，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上游包括原材料、核心硬件和輔助運行設(shè)備；中游為使用不同種類技術(shù)的3D打印設(shè)備，即3D打印機(jī)，目前主流的3D打印技術(shù)包括熔融沉積成型技術(shù)

（FDM）、光固化成型技術(shù)（SLA）等；下游為3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括機(jī)械制造、消費電子、汽車、航空航天、醫(yī)療等。根據(jù)國際增材制造權(quán)威研究機(jī)構(gòu)WohlersAssociates發(fā)布的最新增材制造產(chǎn)業(yè)報告

《WohlersReport2022》，2021年全球3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模為152.44億美元，同比增長19.49%，增速已恢復(fù)至疫情前水平。2017-2021年，中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模由96億元逐年上升至261.5億元，年均復(fù)合增長率為28.47%，預(yù)計未來3年中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍將保持較快速度增長，2024年達(dá)到500億元。3.3.金屬3D打印材料發(fā)展空間廣闊從細(xì)分行業(yè)來看，根據(jù)《WohlersReport2022》，2021年3D打印服務(wù)市場規(guī)模為62.35億美元，占比41%；3D打印裝備銷售總額34.17億美元，占比22.4%；3D打印材料市場規(guī)模25.98億美元，占比17%。在3D打印材料中，聚合物粉材占比34.7%，光敏樹脂占比25.2%，聚合物絲材占比19.9%，金屬材料占比18.2%。整體來說，3D打印材料可分為金屬3D打印材料和非金屬3D打印材料，金屬3D打印材料包括各種合金粉末，非金屬3D打印材料則包括工程塑料、光敏樹脂、陶瓷材料和細(xì)胞生物原料。目前，全球3D打印材料仍以非金屬材料為主。相較于傳統(tǒng)金屬加工工藝，金屬3D打印具備無模化、可定制的優(yōu)點，其生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量均有較大程度提升，在制造一些復(fù)雜、精密的零部件時，其優(yōu)勢更加顯著。在金屬3D打印中，金屬粉末的質(zhì)量對最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能有很大影響，金屬粉末質(zhì)量越好，粒徑越小，最終產(chǎn)品的致密性和機(jī)械性能越好。金屬粉末制備方法按照制備工藝主要分為：機(jī)械破碎法和物理化學(xué)方法的還原法、電解法、霧化法等。目前，3D打印所需金屬粉末主要采用霧化法，具體來說有等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化（PREP）、氣霧化（GA）、等離子霧化（PA）。金屬3D打印材料主要包括鐵基合金、鈦及鈦合金、鎳基合金、鈷基合金、鋁合金、其他金屬和形狀記憶合金（SMA）等。目前，國際市場上金屬3D打印粉體材料供應(yīng)商以歐美廠商為主，如瑞典Sandvik、美國CarpenterTechnology、跨國公司GKN、加拿大AP&C、英國LPWTechnology等。國內(nèi)市場的主要廠商包括江蘇威拉里、無錫飛而康、中航邁特、上海材料研究所等。法國3D打印公司Sculpteo對2017年和2018年多家企業(yè)3D打印原材料需求進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果顯示2018年僅有金屬3D打印材料的運用率有所提升。IDTechEx在

《金屬增材制造2022-2032：技術(shù)與市場展望》中預(yù)測，到2032年金屬增材制造全球市場規(guī)模將超過180億美元，2022年~2032年期間的年均復(fù)合增長率可達(dá)18.8%。雖然當(dāng)前金屬3D打印材料使用頻率較低，但未來隨著金屬3D打印市場規(guī)模的擴(kuò)大，各類金屬粉末的需求也將持續(xù)增長。4.高溫合金粉末4.1.公司高溫合金粉體材料品種豐富，與鋼研集團(tuán)開展合作公司高溫合金粉體產(chǎn)品主要分兩大類，一是渦輪盤用高溫合金粉體材料，二是3D打印用高溫合金粉體材料。渦輪盤用高溫合金粉體材料主要用于生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)中的美系渦輪盤，3D打印用高溫合金粉體材料主要用于生產(chǎn)各類以高溫合金為原材料的復(fù)雜零部件的制造。3D打印用高溫合金粉體材料牌號比較多，公司利用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和裝備，已成功開發(fā)出GH4169、GH3536、GH3230、K418、M400等高溫合金粉體材料。公司對GH4169、GH3536、GH3230、M400等進(jìn)行成分調(diào)控，已通過用戶認(rèn)可，形成批量供貨。隨著高溫合金粉末市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，多品類高溫合金的應(yīng)用需求不斷提升，公司可根據(jù)用戶要求實現(xiàn)特殊牌號高溫合金粉體的定制化生產(chǎn)。公司引入鋼研投資作為新設(shè)公司的戰(zhàn)略投資者。鋼研投資是鋼研集團(tuán)的全資控股公司，鋼研集團(tuán)旗下的鋼研高納是國內(nèi)高溫合金領(lǐng)域技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品種類最齊全的企業(yè)之一，產(chǎn)品涵蓋鎳基、鈷基、鐵基等高溫合金的多個細(xì)分領(lǐng)域，因此需要與上游優(yōu)質(zhì)粉末供應(yīng)商開展深度合作。鋼研投資承諾，對新設(shè)公司投資入股后將提供鋼研高納自身市場資源，采購新公司的增材制造金屬粉末產(chǎn)品，同時借助其在粉末渦輪盤細(xì)分領(lǐng)域的優(yōu)勢，提供優(yōu)質(zhì)的高溫合金粉末市場資源。這有助于新設(shè)公司順利切入高端產(chǎn)品市場，迅速擴(kuò)大自身產(chǎn)銷規(guī)模，利于公司長期發(fā)展。4.2.高溫合金市場規(guī)模預(yù)期提升，主要應(yīng)用于航空航天高溫合金是指能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能、良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。按照基體元素，高溫合金可以分為鐵基高溫合金（14.3%）、鎳基高溫合金（80%）和鈷基高溫合金（5.7%）。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到750~780℃，難以滿足當(dāng)前下游領(lǐng)域?qū)Ω邷夭牧铣惺芨邷啬芰Φ囊?。鈷基高溫合金雖然耐熱性能較好，但由于鈷資源產(chǎn)量比較少，加工比較困難，整體用量不多。按照制備工藝，高溫合金可以分為變形高溫合金（70%）、鑄造高溫合金（20%）和粉末高溫合金（10%）。變形高溫合金指可以進(jìn)行冷、熱變形加工，具有良好的力學(xué)性能和綜合強(qiáng)度、韌性，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金；鑄造高溫合金指以鑄造方法直接制備零部件的一類合金；粉末高溫合金是指用粉末冶金工藝制成的高溫合金。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2020年全球高溫合金市場規(guī)模為137億美元，預(yù)計2024年將達(dá)到173億美元，2020-2024年年均復(fù)合增長率6%。2015-2021年，中國高溫合金市場規(guī)模由78億元逐年擴(kuò)大至219億元，年均復(fù)合增長率18.77%，預(yù)計未來高溫合金需求將繼續(xù)保持較快增長。目前，國內(nèi)高溫合金生產(chǎn)企業(yè)主要包括三類：以撫順特鋼、寶鋼特鋼、長城特鋼為代表的特鋼企業(yè)；以鋼研高納、北京航材院、中科院金屬所為代表的研究生產(chǎn)基地；

以圖南股份、中洲特材、隆達(dá)股份為代表的民營企業(yè)。國際高溫合金生產(chǎn)企業(yè)主要包括PCC、Carpenter、Allegheny、Haynes等。從下游需求來看，目前高溫合金消費占比最高的三個應(yīng)用領(lǐng)域分別是航空航天、電力和機(jī)械，占比分別為55%、20%和10%。工業(yè)、汽車和石油石化等行業(yè)消費占比較小，分別為7%、3%和3%。4.3.高溫合金粉末需求快速增長從技術(shù)上來看，以鎳基粉末高溫合金為例，其目前已經(jīng)歷了三代的研制歷程，歐美等國已經(jīng)研制出了第四代粉末高溫合金。第一代粉末高溫合金是在變形高溫合金和鑄造高溫合金的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低碳含量，添加了MC型強(qiáng)碳化物形成元素Nb、Hf等，以防止形成原始粉末顆粒邊界PPB而發(fā)展起來的，第一代粉末高溫合金中強(qiáng)化相γ含量高，晶粒細(xì)小，抗拉強(qiáng)度高，其使用溫度通常在650℃，解決了傳統(tǒng)高溫合金高合金化難變形問題。第二代粉末高溫合金增大了第一代高溫合金的晶粒度，解決了蠕變性能、拉伸強(qiáng)度與損傷容限之間平衡，裂紋擴(kuò)散速率低為其突出特點。第三代粉末高溫合金在合金成分上進(jìn)行了優(yōu)化，提高了合金化程度，并采用了合適的冶金工藝，因此具有更高的高溫強(qiáng)度和更好的損傷容限。第四代粉末高溫合金通過成分調(diào)整和工藝優(yōu)化來獲得更高的工作溫度，使其具有高強(qiáng)度、高損傷容限和高工作溫度的特點。粉末高溫合金的化學(xué)成分非常復(fù)雜，一般都含有十幾種合金元素，按照其在合金中的基本作用可分為六類。（1）、形成面心立方元素：鐵、鈷、鎳、錳構(gòu)成高溫合金的奧氏體基體γ；（2）、表面穩(wěn)定元素：鉻、鋁可提高合金抗氧化能力，鈦、鉭有利于抗熱腐蝕；（3）、固溶強(qiáng)化元素：鎢、鉬、鉻、鈮、鉭、鋁溶解于γ基體強(qiáng)化固溶體；

（4）、金屬間化合物強(qiáng)化元素：鋁、鈦、鈮、鉭、鉿、鎢形成金屬間化合物強(qiáng)化合金；（5）、碳化物、硼化物強(qiáng)化元素：碳、硼、鉻、鎢、鉬、釩、鈮、鉭、鉿、鋯、氮主要形成初生和次生的各種類型碳化物和硼化物強(qiáng)化合金；（6）、晶界和枝晶間強(qiáng)化元素：硼、鈰、釔、鋯、鉿以間隙原子或第二相形式強(qiáng)化晶界。粉末的制備是粉末高溫合金生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)，粉末的質(zhì)量直接影響零件的性能，目前在實際生產(chǎn)中主要有兩條工藝路線，分別為美系氣霧化制粉工藝和俄系等離子旋轉(zhuǎn)電極法制粉工藝。氣霧化制粉是以高速氣流將高溫合金液流直接擊碎成粉末的過程，該方法具有霧化效率高、設(shè)備相對簡單、成本低等特點。氣霧化制粉目前的研究方向包括細(xì)小粒度及純凈高溫合金粉末的制備，以緩解由于采用自由落體式霧化噴嘴和粉末制備過程中與陶瓷件接觸造成的粉末夾雜物含量高的問題。等離子旋轉(zhuǎn)電極法制粉工藝是將高溫合金制成電極棒，電極棒一端采用等離子弧加熱，另一端與高速電機(jī)連接，在離心力的作用下，熔化的金屬經(jīng)甩出后形成粉末。該工藝的特點是粉末的純度高，非金屬夾雜物含量低，氧含量低，粉末粒度分布窄，球形度好。但由于受到電極棒轉(zhuǎn)速的限制，粉末粒度較粗，且該工藝設(shè)備復(fù)雜，投資較大。4.3.1.渦輪盤用高溫合金粉體材料用于渦輪盤的高溫合金主要涉及到粉末的制備、粉末固結(jié)成型、熱處理等工藝過程，目前主要采用的加工路線有三種：制粉+固結(jié)成型+熱處理；制粉+固結(jié)成型+熱鍛造+熱處理；制粉+固結(jié)成型+熱擠壓+熱鍛造+熱處理。中國粉體網(wǎng)表示，高溫合金粉末固結(jié)成型工藝主要包括真空熱壓成型、熱等靜壓成型、熱擠壓、等溫鍛造等，其中熱等靜壓和熱擠壓工藝使用最為廣泛。熱等靜壓處理的基本原理是以氣體或液體作為壓力介質(zhì)，使材料在加熱過程中經(jīng)受各向均衡的壓力，借助于高溫與高壓的共同作用促進(jìn)材料致密化和元素擴(kuò)散，使內(nèi)部的孔隙和微裂紋等缺陷閉合，起到提高鑄件整體力學(xué)性能的目的。熱擠壓是指將坯料加熱至再結(jié)晶溫度以上，使其在強(qiáng)烈的擠壓力作用下，從擠壓模口中流出或流入細(xì)小的模腔中，最終獲得所需加工件的壓力加工方法。中國粉體網(wǎng)指出高溫合金熱處理工藝是指高溫合金材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的方式，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝，是改變合金顯微組織、挖掘合金潛力、改善其綜合性能的關(guān)鍵手段之一。近年來研究較為深入的熱處理工藝主要是固溶處理和時效處理。固溶處理是指在高于高溫合金組織內(nèi)析出相的全溶溫度，使合金中各種分布不均勻的析出相充分溶解至基體相中，從而實現(xiàn)強(qiáng)化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除殘余應(yīng)力的作用，以便繼續(xù)加工成型，并為后續(xù)時效處理析出均勻分布的強(qiáng)化相做準(zhǔn)備。時效熱處理是指在強(qiáng)化相析出的溫度區(qū)間內(nèi)加熱并保溫一定時間，使高溫合金的強(qiáng)化相均勻地沉淀析出，碳化物等均勻分布，從而實現(xiàn)硬化合金和提高其強(qiáng)度的作用。從需求上來看，用于粉末冶金的高溫合金粉體材料主要用于航空發(fā)動機(jī)渦輪盤的制造。航空發(fā)動機(jī)被稱為“工業(yè)之花”，是航空工業(yè)中技術(shù)含量最高、難度最大的部件之一。在航空發(fā)動機(jī)上，高溫合金主要用于燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱端零部件。其中，渦輪盤是航空發(fā)動機(jī)重要的核心熱端部件，其工作條件十分苛刻，需要在高溫、高轉(zhuǎn)速、高應(yīng)力、高速氣流下工作。渦輪盤在工作中受熱不均，盤的輪緣部位比中心部位承受更高的溫度，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。榫齒部位承受最大的離心力，所受的應(yīng)力更為復(fù)雜。因此，渦輪盤的冶金質(zhì)量和性能水平對于發(fā)動機(jī)和飛機(jī)的可靠性、安全壽命和性能的提高具有決定性作用。隨著對于發(fā)動機(jī)推重比和功重比的要求越來越高，對渦輪盤材料的性能要求也越來越嚴(yán)格，使用傳統(tǒng)工藝制備的高溫合金容易產(chǎn)生嚴(yán)重的成分偏析，且壓力加工成型困難，難以滿足實際需求。粉末高溫合金利用粉末冶金工藝生產(chǎn)，以精細(xì)金屬粉末作為成型材料制造成渦輪盤，解決了傳統(tǒng)傳統(tǒng)高溫合金偏析嚴(yán)重、熱加工性能差、成型困難等問題，具有合金化程度高、晶粒細(xì)小、組織均勻、屈服強(qiáng)度高、疲勞性能好等優(yōu)點，已成為目前高性能航空發(fā)動機(jī)渦輪盤的首選材料。4.3.2.3D打印用高溫合金粉體材料用于3D打印的高溫合金粉體材料可用于航空航天領(lǐng)域復(fù)雜高溫合金零部件的制造，以優(yōu)化其設(shè)計并提升生產(chǎn)效率。2021年8月，GE航空增材制造中心生產(chǎn)的第10萬個3D打印發(fā)動機(jī)燃油噴嘴下線。這款3D打印燃油噴嘴用于LEAP發(fā)動機(jī)中，根據(jù)發(fā)動機(jī)型號的不同，每臺發(fā)動機(jī)需要安裝18或19個燃料噴嘴，燃油噴嘴以高溫合金中的鈷鉻合金制成。與傳統(tǒng)的雙環(huán)預(yù)混懸流相比，該款3D打印燃油噴嘴直接設(shè)計成1個零件，一次打印成形，因此其重量減輕25%，制造成本降低30%，壽命延長了5倍。除此之外，用于3D打印的高溫合金粉體材料還可用于導(dǎo)彈等武器裝備核心部件的制造。2021年，印度國防冶金研究實驗室(DMRL)的研究人員以IN718合金（與中國GH4169相似）為原材料，使用3D打印技術(shù)創(chuàng)建了一個升級版的燃料噴射器，可以使地對空導(dǎo)彈的推進(jìn)成本降低。該部件被證明具有良好的內(nèi)部空腔區(qū)域，且沒有任何主要的孔隙或裂縫來削弱其結(jié)構(gòu)剛性。在測試過程中，該部件表現(xiàn)出500至600MPa的抗壓強(qiáng)度，以及令人印象深刻的硬度和抗拉強(qiáng)度特性，研究人員稱這些特性要優(yōu)于那些傳統(tǒng)的熔化和鑄造的IN718。5.鋁合金粉末5.1.公司鋁合金粉末產(chǎn)品性能優(yōu)異鋁合金是金屬增材制造的重要材料之一，但粉末流動性較差、表面存在衛(wèi)星球、內(nèi)部存在空心粉、雜質(zhì)含量高等不利因素，制約了其在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用。公司利用自主研發(fā)的粉末制備技術(shù)，開發(fā)出適合增材制造的高流動性、高球形度、低氧含量、低空心粉率的高品質(zhì)球形鋁合金粉末。此外，針對傳統(tǒng)Al-Si系合金在采用增材制造方法成型時會因偏析和金屬間化合物等因素出現(xiàn)開裂的問題，公司開展了增材制造用高強(qiáng)耐熱鋁合金粉末成分研究，通過調(diào)控合金成分，成功開發(fā)出2項增材制造專用高強(qiáng)鋁合金粉末。整體來說，公司鋁合金粉末產(chǎn)品性能優(yōu)于競爭對手。以15μm-53μm規(guī)格的AlSi10Mg粉體材料為例，與德國TLSTechNIk公司的同類產(chǎn)品相比，新設(shè)公司產(chǎn)品在球形度、松裝密度、振實密度、流動性、粒度分布等技術(shù)指標(biāo)上均具備優(yōu)勢。良好的球形度使粉末流動性提高超過50%，且松比、振實密度提高超過15%，使得打印過程更穩(wěn)定，打印件缺陷少，致密度高，力學(xué)性能好，產(chǎn)品各項性能指標(biāo)均處于國際領(lǐng)先水平。新設(shè)公司鋁合金產(chǎn)品使用霧化技術(shù)，產(chǎn)品原材料成本可降低50%，將極大提升產(chǎn)品的競爭力和吸引力，有助于快速搶占下游市場，獲取競爭優(yōu)勢。新設(shè)公司擁有3條鋁合金粉末生產(chǎn)線，公司自行設(shè)計并安裝的全自動鋁合金粉末生產(chǎn)設(shè)備已投產(chǎn)，成為國內(nèi)首家實現(xiàn)鋁合金粉末自動化生產(chǎn)的公司。該套設(shè)備在保證粉末質(zhì)量穩(wěn)定的同時，將生產(chǎn)效率大幅提升4-5倍，有助于公司滿足不斷增長的高品質(zhì)鋁合金粉末需求。5.2.鋁合金3D打印限制較多，高強(qiáng)鋁合金成發(fā)展方向鋁合金按照合金元素和加工工藝可分為兩類，分別是鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金典型的品種有Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金和Al-Zn合金等，變形鋁合金主要的品種有工業(yè)純鋁（1系）、Al-Cu合金（2系）、Al-Mn合金（3系）、AlSi合金（4系）、Al-Mg合金（5系）、Al-Mg-Si合金（6系）、Al-Zn-Mg合金（7系）、Al-其他元素合金（8系）和備用合金組（9系）。鋁合金材料具有質(zhì)量輕、易加工等特點，在輕量化制造領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但其高導(dǎo)熱率、易氧化性及高激光反射率等特點，使得大部分鋁合金材料無法適用于以激光為熱源的金屬3D打印。對于激光3D打印，僅有少數(shù)Al-Si系列鑄造合金粉末因其粉末流動性好，具有良好的鑄造和焊接性能，以及可以承受以激光為熱源的金屬3D打印急熱驟冷過程中產(chǎn)生的極大的內(nèi)應(yīng)力等特點，實現(xiàn)了無裂紋加工。而對于焊接性較差的變形鋁合金，由于高的熱梯度會促進(jìn)柱狀生長并產(chǎn)生熱裂，其在3D打印中的應(yīng)用受到了很大的限制。傳統(tǒng)的鋁合金鑄造技術(shù)存在一些缺陷，主要體現(xiàn)在以下三個方面：鑄造鋁合金在鑄注過程中的缺陷使得鑄造工藝的廢品率較高；鑄造鋁合金冷卻速度較慢，造成合金元素偏析，影響鋁合金的力學(xué)性能；鑄造鋁合金的焊接性較差，連接問題成為制約其應(yīng)用的瓶頸。預(yù)計未來生產(chǎn)中對鋁合金零部件的性能要求將不斷提高，形狀復(fù)雜、尺寸精密的鋁合金零部件的快速生產(chǎn)制造成為發(fā)展方向。3D打印技術(shù)可以針對性的解決傳統(tǒng)鑄造工藝中暴露的一些缺陷，滿足鑄造過程中加工困難或無法加工的特殊零部件的成型加工需求。基于現(xiàn)階段3D打印技術(shù)普遍是以激光為熱源的情況，目前適用3D打印技術(shù)的鋁合金主要為Al-Si系鑄造合金，其中對于AlSi10Mg的研究和應(yīng)用最為廣泛。然而，由于鑄造合金的材料本質(zhì)，雖然采用經(jīng)過優(yōu)化的激光3D打印制造工藝制備鋁合金產(chǎn)品，但其抗拉強(qiáng)度很難突破400MPa，從而限制了其在高性能要求承力構(gòu)件上的使用。目前，國內(nèi)外眾多企業(yè)采用各種技術(shù)開發(fā)出了不同成分的更高強(qiáng)度的鋁合金3D打印粉末，但整體上來說高強(qiáng)鋁合金3D打印粉末的生產(chǎn)規(guī)模仍較小，預(yù)計未來隨著技術(shù)的不斷成熟和生產(chǎn)效率的不斷提升，鋁合金3D打印粉末市場規(guī)模也將持續(xù)擴(kuò)張。5.3.3D打印鋁合金航空航天用量較大，有望部分替代3D打印鈦合金鋁合金作為一種較為成熟的輕質(zhì)高強(qiáng)合金材料在航空航天中的使用量巨大，航空航天領(lǐng)域主要發(fā)展高強(qiáng)、高韌性和耐腐蝕性強(qiáng)的鋁合金材料以滿足其嚴(yán)苛的使用條件，目前應(yīng)用較多的為2系和7系鋁合金，可應(yīng)用于飛機(jī)蒙皮、結(jié)構(gòu)件等部位，運載火箭的發(fā)動機(jī)裝置、主體部件、旋轉(zhuǎn)臺、遙控部分以及載人飛行器的骨架等。隨著航空航天領(lǐng)域零部件復(fù)雜程度的提升，具有低成本、高效率特點的3D打印技術(shù)成為關(guān)注的重點。從3D打印金屬材料之間的橫向?qū)Ρ葋砜?，確實存在比鋁具有更高比強(qiáng)度的輕質(zhì)金屬合金，例如鈦合金。在熱管理部件的應(yīng)用中，也有比鋁合金具有更好傳熱系數(shù)的材料，例如銅合金。談及具有最低密度或更高電勢的材料，鎂合金也是不錯的選擇。但如果需要在成本、性能和可制造性之間進(jìn)行權(quán)衡，鋁合金仍是最佳材料之一。目前，在航空航天領(lǐng)域，鋁合金和鈦合金都是各國重點發(fā)展的材料之一。鋁合金與鈦合金都具有出色的低密度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，無論是使用3D打印還是CNC加工，兩者都在航空航天領(lǐng)域占有十分重要的地位。整體來說，鋁合金在飛機(jī)中的用量為20%，鈦合金在飛機(jī)中的用量為15%。鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素構(gòu)成的合金，鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高、低溫性能好等特點。用3D打印技術(shù)制造的鈦合金在保留上述性能的同時，能夠以更低成本、更快速度、更輕質(zhì)量實現(xiàn)異形復(fù)雜零部件的精確制造，因此廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。目前，航空航天領(lǐng)域使用的3D打印鈦合金主要包括Ti6Al4V（TC4）、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr（TC17）、

Ti-6Al-2Mo-1.5Cr-2Zr-2Sn-2Nb

（TC21）、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si（Ti-6242）等，其中TC4應(yīng)用最為廣泛。TC4合金是一種中等強(qiáng)度的α-β型兩相鈦合金，含有6%的α穩(wěn)定元素Al和4%的β穩(wěn)定元素V，合金長時間工作溫度可達(dá)400℃，在航空工業(yè)中主要用于制造起落架、軸承架、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、壓縮機(jī)盤和葉片、低溫推進(jìn)劑罐和許多其他航空航天部件的常用合金。輕量化一直是航空航天領(lǐng)域重點關(guān)注的重要技術(shù)，對于追求輕質(zhì)和減重方面可以說是克克計較。根據(jù)《科學(xué)出版社》的統(tǒng)計，飛行器每減重1kg所取得的經(jīng)濟(jì)效益與飛行速度有關(guān)。如對航天飛機(jī)來說，每減重1kg的經(jīng)濟(jì)效益將近十萬美元。雖然鋁合金與鈦合金都具有高強(qiáng)度和低密度，但鈦合金的密度大概在4.5左右，而鋁合金的密度約為2.7，其密度只有鈦合金的60%，在強(qiáng)度能夠滿足的情況下，使用高強(qiáng)鋁替代鈦合金能夠帶來40%的減重。以國產(chǎn)飛機(jī)C919為例，其登機(jī)艙門使用了多個3D打印鈦合金零部件，若將其全部替換為3D打印鋁合金零部件，則可以減輕重量，帶來經(jīng)濟(jì)效益。從成本角度考慮，預(yù)測未來3D打印鋁合金在航空航天領(lǐng)域?qū)⑻娲糠?D打印鈦合金，以實現(xiàn)降低運營成本的目的，3D打印鋁合金應(yīng)用前景廣闊。6.銅合金粉末公司是國內(nèi)最大的銅基金屬粉體材料供應(yīng)商，2021年銷售量超過2.5萬噸。公司在銅基金屬粉體材料的研究生產(chǎn)方面均處于領(lǐng)先地位，為在國內(nèi)較早開展增材制造用銅及銅合金粉末的研究與應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。目前公司已形成多種增材制造專用銅及銅合金粉末產(chǎn)品，包括純Cu、CuSn10、CuCrZr、CuNi2SiCr、CuAlFeNi等，其中CuCrZr在航空航天等領(lǐng)域取得了重要應(yīng)用?；鸺l(fā)動機(jī)是銅合金的典型應(yīng)用場景。發(fā)動機(jī)內(nèi)襯及相關(guān)零部件材料要求極高，一方面由于燃燒室燃燒溫度極高（超過3000℃），另一方面高溫高壓及高速燃?xì)鈱Σ牧嫌泻軓?qiáng)的侵蝕。CuCr合金是一種典型的沉淀強(qiáng)化型銅合金，而Zr元素的加入可以促進(jìn)Cr相析出，改善析出相分布，同時Zr與Cu形成的銅鋯化合物可起到沉淀強(qiáng)化的作用，因此CuCrZr合金力學(xué)性能優(yōu)異，可以用于火箭發(fā)動機(jī)零部件制造。近年來國內(nèi)航天單位圍繞火箭發(fā)動機(jī)推力室零件的增材制造開展了較多研究和開發(fā)工作，CuCrZr是當(dāng)前可選材料。值得一提的是，火箭發(fā)動機(jī)零件用銅合金材料仍在不斷更新迭代之中，CuZr、CuCr、CuAgZr、CuCrNb等材料陸續(xù)都有應(yīng)用研究，尤其是美國NASA開發(fā)的一種具有高強(qiáng)度和高導(dǎo)熱性的航天增材制造專用銅合金GRcop-42，有望將火箭發(fā)動機(jī)燃燒室材料提升至新的等級。2019年，NASA研究人員宣布成功完成GRCop-42粉末的改造和工藝開發(fā)，該材料旨在替