2022年液态金属发展现状分析：技术应用不断赶超 我国引领国际在即

一、液态金属特性

液态金属又称非晶合金，是一种常温下可呈液态具有非晶态原子结构的金属合金。由于金属在超急冷凝固时，原子来不及有序排列结晶，组成它物质原子不呈空间有规则周期性，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，而在室温或低温下保留液态原子无序排列的凝聚状态。

这种非晶态原子结构使液态金属具备了许多独特的性能，因其原子排列为长程无序而短程有序结构状态的固体金属或合金，微观结构与玻璃十分相似，又称金属玻璃。

二、液态金属优势

液态金属的众多优势使之被认为是继铜、铁和钢，以及塑料之后的第三次材料革命，或将成为未来轻合金材料的颠覆者。相比传统金属合金，其优势主要可体现在性能、工艺、成本等三个方面：

1、性能优势

在性能上，液态金属同时兼备玻璃和金属、固体和液体优良特性。在拥有高硬度、高强度、耐高温等性能的同时，还具备非金属材料（塑料、玻璃等）的优越性，如弹性、柔韧性、耐腐蚀性等等。

由于不存在错位、层错、晶界等缺陷，非晶合金表现出特殊的力学特性，其抗弯强度、抗拉强度、弹性形变等均优于常用材料，其强度可超过常规铝镁合金的5倍、7系铝的5倍、不锈钢的3倍、钛合金的2倍。

在轻合金中，液态金属的比强度（单位密度的强度）也是最高的，是目前最硬的轻合金，此外，液态金属在散热性、电磁屏蔽性等方面也表现出众。

数据来源：观研天下数据中心整理

2、生产优势

液态金属可通过模具生产，一套模具支持3-4万件产品，由于液态金属以非晶态冷却，收缩率非常小，可以通过注塑、压铸等工艺得到理想的形状，用液态金属做的零件尺寸精度非常高，可达±0.03mm。

与粉末冶金相比，液态金属横向纵向收缩率达到千分之2.5-3.5，而粉末冶金收缩率为22%-24%，更适用于批量制备高精度要求精密金属结构，也可以用喷涂、激光熔覆、堆焊等工艺制备表面涂层。

3、成本优势

由于液态金属可以实现固相和液相之间的灵活转换，具有高强度、高硬度、高弹性极限、良好的软磁或硬磁特性，以及耐摩擦磨损和耐腐蚀等优良的物理化学性能，且其冷却凝固收缩很小，具有良好的近终形铸造成形能力，一次成型精度高，省去了大量的CNC（数控加工）工序，具有很高的性价比。

且由于良好的材料性能，相比于传统材料，同样的结构强度所需液态金属材料消耗更少，通过规模化生产成本优势凸显。

此外，液态金属在生产过程中的原料、产品等无毒副作用，对环境影响小，在环保政策越发严苛的市场环境中，拥有更多的生产优势。

三、液态金属制造工艺

受限于目前液态金属的制造工艺，若尺寸较大则内部难以实现非晶化，因此液态金属的制造存在的尺寸限制，因此制造工艺最难的是块体液态金属。

由于液态金属是非晶合金，拥有亚稳态特性，难采用常规的锻压或焊接工艺进行零件加工。加工过程中，液体形态的液态金属必须以极快的冷却速率将其液态结构冻结成固态，过程中也没有结晶潜热的释放，为非晶合金的充型能力和流动性带来问题，可能造成各种缺陷，如冷隔、浇不足、夹杂、气孔、夹砂、粘砂等。

为解决这些问题，目前常见的块状液态金属加工过工艺手段有：超塑性成型、真空压铸（注射）成型、真空吸铸成型、水淬法、铜模吸附法、定向凝固法等工艺。正确地设计浇注系统使液态金属平稳而又合理地充满型腔，对保证铸件质量起着很重要的作用。

块体液态金属（块体非晶合金）工艺差异

资料来源：观研天下数据中心整理

目前，大多数种类的非晶合金最大临界尺寸均在10mm以内，2019年东南大学的沈宝龙等人通过电弧熔融负压直接冷却得到最大直径16.52mm的非金合金锭，但与普通合金相比仍有较大差距，一定程度上限制了非晶材料的应用。

随着技术进步，块状非晶合金有望突破结构件尺寸限制，实现液态金属大型超强结构件的规模化生产。

四、液态金属发展现状

1、全球发展历史

根据观研报告网发布的《中国液态金属行业发展趋势分析与未来前景预测报告（2022-2029年）》显示，液态金属的发现始于1938年德国科学家Kramen等人通过通过蒸发沉积在玻璃基地上生产的非晶态金属薄膜。此后，液态金属优良的应用特性不断被发现，为之开展的研究也越来越多，各类品种、技术和产品特性也在不断被研发突破，在商用领域大展拳脚。

液态金属早期发展历史

2、我国发展现状

虽然起步较晚，但多年来我国对液态金属的研发持续发力追赶，目前其研发成果在目前已经领先全球，创造了巨大的应用价值。1976年，我国在“九五”期间组建了“国家非晶微晶合金工程技术研究中心”，2017年液态金属列入国家《重点新材料首批次应用示范指导目录》，次年又纳入国家《战略性新兴产业分类》，极大的推动了液态金属的研究。2018年，我国液态金属相关专利快速增长至1219项，其应用范围也越来越广。

中国液态金属发展重大事迹

国内目前基本实现非晶合金产业全覆盖，主要参与者包括安泰科技、云路股份、中研非晶、兆晶科技、江苏国能、河南中岳等，海外竞争对手主要为日本的日立金属和德国VAC。我国液态金属的研发进入稳定发展期，相关专利申请数量有所放缓。

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五、液态金属应用现状

目前，液态金属液态金属可广泛运用于航空航天、军工国防、生物医疗、消费电子等领域，其应用范围仍在不断开拓中。在政策和市场的多重利好下，产业呈现良好的发展面貌和不可估量的发展潜力。

2021年液态金属主要应用范围

资料来源：观研天下数据中心整理

目前最为常见的液态金属应用品种主要包含铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金，其中应用最广泛的主要为铁基非晶和铁基纳米非晶合金。

铁基非晶合金主要应用于工频（中低频）环境的配电变压器、电机材料，下游包括电力配送、轨道交通变压器等相对传统的电力行业领域。

纳米晶合金在液态金属中拥有最为优越的综合性能，具有更高的磁导率和更低的损耗，传输效率更高，体积更小。主要应用于中、高频环境的电子磁性元器件，下游包括消费电子、新能源汽车、变频家电、粒子加速器等领域。目前国内纳米晶合金的参与者众多，头部企业已建立领先优势。

而锆基、镓基等新型非晶合金的应用领域还在不断探索突破中，清华大学、中科院等顶尖院校的研发队伍配合企业成熟的工艺体系，相信属于液态金属的革新，我国引导在全球在即。

液态金属主要品类及其应用范围

资料来源：观研天下数据中心整理（xlx）