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（1）研發(fā)了系列新型高強高韌鑄造輕合金材料，支撐了復(fù)雜鑄件性能提升。 1）研發(fā)出一種新型高強韌鋁硅合金。開發(fā)出一種新型高強韌鋁硅合金及其制備方法；提出一種混合稀土和Sr元素的復(fù)合變質(zhì)方法，縮小枝晶間距并細化共晶硅；研究出合適的熱處理制度；闡明了變質(zhì)劑組成與含量對變質(zhì)效果的影響規(guī)律，基于此顯著提高了鋁硅合金的綜合力學(xué)性能。有效解決了現(xiàn)有鋁合金鑄件易發(fā)生的裂紋、伸長率低、屈服強度不達標等缺陷和問題。 2）研發(fā)出一種低成本高強耐熱稀土鎂合金。開發(fā)出一種添加低成本混合稀土的新型多元稀土鎂合金材料；揭示了混合稀土對鎂合金相變規(guī)律的影響機制；研究出準晶增強稀土鎂合金的高溫固溶T6熱處理工藝；開發(fā)出兼具優(yōu)良的室溫與高溫力學(xué)性能的低成本稀土鎂合金；解決了現(xiàn)有鎂合金鑄件易產(chǎn)生冷隔、強度低、韌性差等問題。 3）研發(fā)出一種新型高強韌鈦合金。開發(fā)出一種α+β型雙相高強高韌鈦合金，揭示了合金在凝固-熱等靜壓-熱處理過程中微觀組織的演變規(guī)律；研究出調(diào)控相組成及相形態(tài)的雙級固溶時效熱處理制度，形成了以等軸和籃網(wǎng)為主要特征的基體組織，使合金的強度和韌性同步提升。解決了現(xiàn)有鑄造鈦合金強度和韌性偏低、鑄造成形性差等問題。 （2）研發(fā)了鑄造全流程模擬仿真系統(tǒng)，提出了高效的單件化鑄造數(shù)值模擬方法，實現(xiàn)了高性能復(fù)雜鑄件的數(shù)字化工藝設(shè)計。 1）提出了一種鑄造原輔材料熱物性參數(shù)高精度求解方法。提出了基于實驗測溫與數(shù)值模擬反求的熱物性參數(shù)求解方法，實現(xiàn)了面向數(shù)值模擬的熱物性參數(shù)高精度求解；建立了反熱傳導(dǎo)法求解鑄件/鑄型界面換熱系數(shù)的數(shù)學(xué)模型,降低了界面關(guān)鍵參數(shù)求解誤差；研發(fā)了高精高效的熱物性參數(shù)反求平臺-華鑄PIS，創(chuàng)建了鑄造原輔材料高精度熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫。 2）研發(fā)了鑄造合金熔煉-復(fù)雜鑄件充型凝固-熱處理的鑄造多物理場全流程高效模擬平臺。建立了電磁、速度、壓強、濃度、溫度的多物理場耦合數(shù)學(xué)模型，自主研發(fā)了從鑄造合金熔煉到復(fù)雜鑄件充型凝固到熱處理的鑄造全流程模擬仿真平臺，為鑄造工藝優(yōu)化提供了工具；提出一種數(shù)據(jù)內(nèi)存動態(tài)自適應(yīng)劃分技術(shù)，解決了SOLA流動場求解數(shù)據(jù)耦合干擾難題，實現(xiàn)了大規(guī)模鑄造流動場模擬問題的并行高效求解。 3）提出縮孔縮松缺陷定量預(yù)測與單件化模擬工藝優(yōu)化方法。提出雙高分配原則縮孔縮松預(yù)測模型，解決了復(fù)雜鑄件縮孔縮松高精度預(yù)測難題；提出了針對高性能復(fù)雜鑄件不同批次的單個鑄件模擬方法，建立關(guān)鍵工藝參數(shù)波動對典型缺陷的多元回歸關(guān)系模型，實現(xiàn)了基于單件化模擬仿真的高性能復(fù)雜鑄件缺陷控制與工藝優(yōu)化。 （3）建立了鑄件生產(chǎn)全生命周期的單件化柔性化質(zhì)量管理模型，實現(xiàn)了高性能復(fù)雜鑄件質(zhì)量問題的單件化、全過程、全要素溯源。 1）創(chuàng)建了基于PLM理論和TQM理論的鑄件單件化管理模型。基于產(chǎn)品全生命周期PLM理念以及多智能體技術(shù)，構(gòu)建了鑄造串并聯(lián)多工位單件化的缺陷溯源模型；建立鑄件單件及作業(yè)過程信息模型和組批、混批、拆批模式下單件自動生成、感知、標記、進度跟蹤的控制機制，實現(xiàn)高性能復(fù)雜鑄件單件化缺陷溯源。 2）創(chuàng)建了支持業(yè)務(wù)即時重構(gòu)的參數(shù)配置式多維度鑄造柔性化管理模型。創(chuàng)建了支持鑄造數(shù)字化管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)即時重構(gòu)的參數(shù)配置式多維度鑄造柔性化管理模型，解決了剛性管理系統(tǒng)可重用性低、應(yīng)變能力弱和實施周期長的難題，支撐不同領(lǐng)域不同類型鑄造企業(yè)隨環(huán)境變化、自身發(fā)展等柔性進行的組織變革、流程變更和管理改善，實現(xiàn)了企業(yè)按需柔性化管理。 3）創(chuàng)建了基于TLBO\GA\BSA元啟發(fā)式算法優(yōu)化理論的鑄造智能化管理模型。創(chuàng)建基于改進性教與學(xué)算法（TLBO）、遺傳算法（GA）、回溯搜索算法（BSA）等元啟發(fā)式算法優(yōu)化理論的鑄造智能化管理模型和技術(shù)，解決了鑄件異步熱工序組爐復(fù)雜條件下工序生產(chǎn)調(diào)度IPPS組合優(yōu)化難題，實現(xiàn)了系統(tǒng)智能決策管理以及多品種大容量鑄件高效生產(chǎn)。

一、研究背景 熱浸鍍鋅是用于鋼鐵材料腐蝕防護最主要的方法之一。為了應(yīng)對現(xiàn)代科技對鋼鐵耐腐蝕性日益增長的要求，歐美、日韓等一些發(fā)達國家先后研發(fā)出了一批具有高耐腐蝕性的熱浸鍍用Zn-Al系合金材料（見表1），尤其是Zn-Al-Mg合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性，如日本新日鐵公司開發(fā)的SuperDyma合金鍍層，耐蝕性大約為普通純鋅鍍層的15倍以上，可與部分不銹鋼相媲美，但是成本遠低于不銹鋼產(chǎn)品，具有極大的市場價值。 我國是世界上最大的熱鍍鋅板生產(chǎn)國，而山東省的熱鍍鋅板產(chǎn)能位居全國第一，但絕大部分為普通鍍鋅板，以及少量的鍍鋁鋅硅板產(chǎn)品。因此，研究和開發(fā)高耐腐蝕性Zn-Al-Mg合金鍍層材料，對山東省鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級具有非常重要的經(jīng)濟和社會價值。 二、項目內(nèi)容 本項目系統(tǒng)研究了Ti, Sb元素對熱浸鍍Zn-11Al-3Mg合金組織與性能的影響。通過XRD對Zn-11Al-3Mg-Ti-Sb合金試樣進行了物相分析，通過SEM和EDS觀察和分析了合金試樣的組織結(jié)構(gòu)，通過洛氏硬度計測量分析了合金試樣的硬度性能，通過電化學(xué)阻抗分析和電化學(xué)極化分析，研究了不同含量Ti、Sb元素對合金耐腐蝕性能的影響，并在實驗室進行了鋼板熱浸鍍實驗。 三、項目產(chǎn)業(yè)化可行性分析 前已述及，本項目市場前景非常廣闊，目前日韓等國生產(chǎn)的熱浸鍍Zn-Al-Mg板材在國內(nèi)市場已有銷售，售價比國內(nèi)普通熱鍍鋅板貴一倍以上，產(chǎn)品增值極為顯著。本項目技術(shù)創(chuàng)新達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利授權(quán)（圖4），技術(shù)轉(zhuǎn)化條件趨近成熟，實驗室也進行了小批量的熱浸鍍實驗。我們希望與省內(nèi)具有較強實力的熱浸鍍板生產(chǎn)廠家進行合作，繼續(xù)完成相關(guān)性能的測試和中試試驗，早日實現(xiàn)該項目的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 四、項目負責(zé)人及團隊簡介 項目負責(zé)人：周國榮，博士，副教授，目前主要從事金屬板材涂鍍材料的研究，承擔(dān)山東省重點研發(fā)計劃1項，完成山東省博士基金1項，同時參與了多項國家和省部級項目的研究，已發(fā)表SCI/EI收錄的研究論文20余篇，已獲國家發(fā)明專利授權(quán)3項，曾于2011年10月赴韓國國立慶尚大學(xué)訪學(xué)1年； 項目組成員包括教授1人、副教授2人、講師2人、碩士研究生2人，秉持嚴謹踏實、團結(jié)協(xié)作的精神，致力于實踐“學(xué)以致用、學(xué)有所用”的宗旨，期望發(fā)揮高校科研能力強之長，增補企業(yè)研發(fā)力量弱之短，努力實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，將實驗室的科研能力轉(zhuǎn)化為企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，為祖國早日成為世界制造強國添磚加瓦！

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文 200 余篇，申請中國發(fā)明專利 65 件，授權(quán)發(fā)明專利 22 件。2010 年相關(guān)塊體非晶復(fù)合材料韌化的工作被 Nature-Asia Materials 做專題評述，多項其它工作還被 Science，Materials Today，Nature 等學(xué)術(shù)雜志做專題評述以及其它世界各國媒體報道。在新一代超高強鋼和先進耐熱鋼研究上取得了國際水平的研究成果，其中關(guān)于超高強鋼的成果被國際權(quán)威給予很高的評價，同時被科技部評為“2017 年度中國科學(xué)十大進展”并在央視新聞聯(lián)播報道。 超高強鋼； 先進高熵合金； 塊體非晶合金； 非晶納米晶軟磁合金； 非晶態(tài)耐磨耐蝕合金； 非晶與高熵合金釬焊材料； 高熵合金生物材料； 高強耐蝕鎂合金。

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文 200 余篇，申請中國發(fā)明專利 65 件，授權(quán)發(fā)明專利 22 件。2010 年相關(guān)塊體非晶復(fù)合材料韌化的工作被 Nature-Asia Materials 做專題評述，多項其它工作還被 Science，Materials Today，Nature 等學(xué)術(shù)雜志做專題評述以及其它世界各國媒體報道。在新一代超高強鋼和先進耐熱鋼研究上取得了國際水平的研究成果，其中關(guān)于超高強鋼的成果被國際權(quán)威給予很高的評價，同時被科技部評為“2017 年度中國科學(xué)十大進展”并在央視新聞聯(lián)播報道。超高強鋼；先進高熵合金；塊體非晶合金；非晶納米晶軟磁合金；非晶態(tài)耐磨耐蝕合金；非晶與高熵合金釬焊材料；高熵合金生物材料；高強耐蝕鎂合金。

鎂鋰合金及其復(fù)合材料具有高的比強度和比剛度、優(yōu)良的減震性能和電磁屏蔽性能，在航空、航天、武器、單兵裝備、3C產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 本項目研制了鎂鋰基合金及其復(fù)合材料的設(shè)計技術(shù)、熔煉技術(shù)、成型工藝和表面處理技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了具有超輕（密度約為1.5g/cm3）、高強（抗拉強度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高穩(wěn)定性的稀土金屬間化合物增強Mg-Li基復(fù)合材料，建立了鎂鋰合金及其復(fù)合材料全鏈條中試制備平臺，部分產(chǎn)品樣品已經(jīng)在航空航天、單兵裝備等領(lǐng)域獲得試用。 現(xiàn)已建成材料試制平臺包括超細粉體制備中試線→100kg級鎂鋰合金真空熔煉系統(tǒng)→638T擠壓中試線→微弧氧化+電泳中試線→機械加工→產(chǎn)品檢測等一套輕合金及其復(fù)合材料產(chǎn)品試制所需的專用裝備，在鎂鋰基復(fù)合材料制備方面形成了專門的制造技術(shù)、檢測技術(shù)和工藝規(guī)范，可以滿足小批量鎂鋰合金及其復(fù)合材料制備方面的需求。 鎂鋰合金及其復(fù)合材料是世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、延展性，在航空航天、國防軍工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著當今世界對結(jié)構(gòu)材料輕量化、減重節(jié)能、環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的要求日益提高，鎂鋰合金在需要輕量化結(jié)構(gòu)材料的交通、電子、醫(yī)療產(chǎn)品等領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

鎂鋰合金及其復(fù)合材料具有高的比強度和比剛度、優(yōu)良的減震性能和電磁屏蔽性能，在航空、航天、武器、單兵裝備、3C產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 本項目研制了鎂鋰基合金及其復(fù)合材料的設(shè)計技術(shù)、熔煉技術(shù)、成型工藝和表面處理技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了具有超輕（密度約為1.5g/cm3）、高強（抗拉強度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高穩(wěn)定性的稀土金屬間化合物增強Mg-Li基復(fù)合材料，建立了鎂鋰合金及其復(fù)合材料全鏈條中試制備平臺，部分產(chǎn)品樣品已經(jīng)在航空航天、單兵裝備等領(lǐng)域獲得試用。

依據(jù)焊條在焊接過程中的冶金原理、并根據(jù)合金化機理和礦物粉的各自特性，以純鎳絲為焊芯，采用國產(chǎn)原材料研發(fā)出反比例配方的鎳基合金焊條NiCrFe-9。中國用于9%鎳鋼焊接的超低溫鎳基合金焊條全部依賴進口。我國研制的SJTU-ENiCrFe-9鎳基合金焊條的工藝性能優(yōu)于同類國外產(chǎn)品（焊條無發(fā)紅現(xiàn)象、脫渣容易、熔渣覆蓋均勻）；焊條溶敷金屬拉伸性能與國外同類產(chǎn)品相當，超低溫沖擊功平均值高于同類國外產(chǎn)品約40%。

由于鎂合金熔沸點低，在焊接過程中存在嚴重的燒損問題，既降低了焊接接頭強度，又污染了環(huán)境，因此迫切需要開發(fā)出低煙塵鎂合金焊接材料。大連理工大學(xué)通過對鎂合金焊接材料成分、組織性能、成形工藝及其塑性變形機理的研究，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列低煙塵鎂合金焊接材料熱擠壓-拉拔制備技術(shù)。該技術(shù)充分利用了合金化設(shè)計，使鎂合金揮發(fā)燒損減少30%以上，同時解決了鎂合金焊接材料制備過程中的溫度及速度匹配等一系列問題，實現(xiàn)了不同直徑鎂合金焊接材料的制備。鎂合金焊接材料熱擠壓-熱拉拔制備技術(shù)結(jié)

結(jié)構(gòu)材料輕量化是目前國民經(jīng)濟、國家重大需求的重大挑戰(zhàn)，材料結(jié)構(gòu)功能一體是新材料的重要發(fā)展方向。 輕質(zhì)高強泡沫鋁合金復(fù)合夾芯板以超輕質(zhì)的泡沫鋁合金為芯層，與鋁合金面板實現(xiàn)冶金結(jié)合，具有比重小，高剛度，高阻尼減振，高能量吸收的特點，同時實現(xiàn)與阻燃、電磁屏蔽功能兼容性，在先進交通、航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通過可調(diào)控的芯層泡沫鋁合金孔結(jié)構(gòu)，復(fù)合夾芯板的實現(xiàn)了同等質(zhì)量鋼板6倍的高剛度，同時比重僅與水接近，該成果已經(jīng)應(yīng)用于我國重要裝備制造。

2018年國家技術(shù)發(fā)明二等獎 電網(wǎng)是我國經(jīng)濟發(fā)展的命脈，架空輸電導(dǎo)線作為電力輸送的“血管”是電網(wǎng)中用量最大、最關(guān)鍵的組成部分之一。導(dǎo)線的導(dǎo)電率每提升1%IACS，全國每年節(jié)約線損超70億千瓦時。特高壓、遠距離、大容量輸電和清潔能源利用的發(fā)展，對架空導(dǎo)線的導(dǎo)電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升導(dǎo)電率與同時提高強度和耐熱性之間存在矛盾，導(dǎo)致我國電網(wǎng)建設(shè)急需的特種導(dǎo)線難以滿足工程需求。上海交通大學(xué)孫寶德教授團隊與江蘇中天科技集團合作，經(jīng)十余年研究，取得以下創(chuàng)新性成果： 1.發(fā)明了耐熱高導(dǎo)Al-Zr-Y合金材料及微結(jié)構(gòu)調(diào)控工藝，解決了耐熱相粗大和溶質(zhì)鋯(Zr)原子析出不充分的難題，使導(dǎo)電率從60% IACS提高到60.8%IACS，耐熱溫度從150℃提高到210℃。研制的耐熱鋁合金導(dǎo)線電網(wǎng)改造工程中獲得大量應(yīng)用，占國內(nèi)耐熱導(dǎo)線40%市場份額； 2. 發(fā)明了高強抗疲勞Al-Mg-Si導(dǎo)線，解決了強化相調(diào)控和超細夾雜去除的難題，顯著提高了材料的抗疲勞性能，在運行張力增大的條件下，振動疲勞壽命超過3000萬次。研制的特種大跨越導(dǎo)線和全鋁合金節(jié)能導(dǎo)線，占國內(nèi)30%市場份額，特別是大跨越導(dǎo)線，幾乎包攬了國家電網(wǎng)大跨越工程； 3. 發(fā)明了高效除氫、活性涂層陶瓷過濾和新型細化劑制備等導(dǎo)線冶金質(zhì)量控制技術(shù)，解決了微量雜質(zhì)元素與氣體去除的難題，實現(xiàn)了電工鋁導(dǎo)線的導(dǎo)電率從61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型節(jié)能導(dǎo)線在特高壓工程中獲得大量應(yīng)用。 上述成果依托國家973項目、國家自然科學(xué)基金、上海市節(jié)能減排專項等項目，共獲得19項中國發(fā)明專利，1項美國專利和25項實用新型專利，發(fā)表論文49篇。成果在特高壓電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)增容改造、新能源并網(wǎng)發(fā)電、電網(wǎng)領(lǐng)域節(jié)能減排中發(fā)揮重要的作用，并且出口到歐美及一帶一路沿線國家，海外累計架線超2萬公里，打破國際壟斷，成為中國制造和中國電力走出去的“國家名片”。 導(dǎo)線性能測試實驗室 超細夾雜物去除-現(xiàn)場試驗 加拿大奧爾茲灣跨海大跨越——世界拉力最大的輸電跨越工程 晉東南-南陽-荊門 1000kV 黃河大跨越