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鎳基高溫合金組織結構超聲智能評價方法
航空發動機機匣是一種復雜薄壁零件，其加工變形問題是我國航空發動機制造的關鍵技術瓶頸。機匣毛坯組織結構的均勻性是影響機匣加工變形的主要原因之一。鎳基高溫合金具有優異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，是航空發動機機匣的主要原料。鎳基高溫合金鑄、鍛件組織結構的無損檢測與定量評價是實現組織結構均勻性檢測與評價的基礎，有助于準確判斷毛坯制造質量，表征制造工藝改進的有效性，降低機匣加工變形概率。
超聲檢測具有穿透能力強，靈敏度和分辨率高、可定位和定量檢測等優點，在航空發動機大規格高溫合金構件制造質量檢測領域得到了廣泛應用。超聲檢測信號特征值與材料組織結構變化、二次相或沉淀物的形成相關，具備有效評價鎳基高溫合金的組織結構的能力。現有鎳基高溫合金鑄、鍛件組織結構的超聲檢測以噪聲波高為主要判據，指標簡單、閾值設置嚴格、誤判率高，無法適應不斷改進的制造工藝。
組織結構超聲定量評價技術的核心是確定微觀組織特征參數與超聲檢測特征參數之間的定量關系模型，其本質是以模型待定系數為決策變量，以評價準確性為目標函數的優化問題。超聲波在鎳基高溫合金中傳播時，受到晶界、相界、孿晶等復雜組織結構的綜合作用，若采用聲速、衰減系數、非線性系數等單一超聲檢測參數對組織結構進行建模與評價，會因信息量的缺失而導致評價誤差大；若增加檢測參數規模，則會導致所對應優化問題的困難性大幅增加。
本研究以鎳基高溫合金組織結構定量評價為主要研究對象，圍繞如何利用協同進化算法求解定量評價的大規模優化問題、以及如何同時利用多種微觀組織特征參數對鎳基高溫合金進行綜合表征展開研究。科研成果為航空發動機機匣鎳基高溫合金毛坯制造質量檢測、評價、性能預測提供技術支持，為制造工藝改進提供數據支持，也可進一步推廣至其它高溫合金、鈦合金等材料中。
南昌航空大學
2021-05-04
耐蝕耐磨化學鍍Ni-W-P合金
化學鍍Ni-P具有優良的耐腐蝕性能，在工業生產中獲得了廣泛應用。但是，隨著應用的增多也出現了一些問題。由于化學鍍層是陰極性的，如在施鍍過程中形成針孔、麻點以及使用過程中外力對鍍層的損壞等，往往造成鍍層在腐蝕介質中形成電偶腐蝕，使得鍍層不僅對基體起不到保護作用，反而加速了基體的腐蝕。三元合金Ni-W-P鍍層的出現在一定程度上解決了Ni-P鍍層中所存在的問題。W元素的加入可以提高鍍層的致密性，減小了腐蝕介質穿透鍍層在鍍層與基體之間形成電偶腐蝕的幾率。此外，W是一種自鈍化元素，在腐蝕介質中有利于鍍層表面鈍化膜的形成，提高了鍍層的耐蝕性能，因此，P的含量相近時Ni-W-P鍍層的耐蝕性能優于Ni-P鍍層。但是Ni-W-P鍍層與Ni-P鍍層相比在與基體的結合力上并沒有提高，在后續加工過程中如受到一定外力作用時，鍍層很容易脫落，這就使得鍍層的應用范圍受到了一定的限制。該技術針對現有化學鍍層在使用過程中所存在的問題，提出將含有一定量W元素的Ni-W-P鍍層在高溫下進行熱處理，提高鍍層的結合力和硬度，大幅度提高鍍層的耐蝕耐磨性能，延長鍍層的使用壽命。
華東理工大學
2021-04-11
稀土貯氫合金鑄片產業化技術
中國生產的鎳氫電池性能與國外相比差距還很大，這是由于工藝設備落后、材料性能較差等原因造成的，電池的一致性、穩定性均有待提高。日本稀土貯氫合金全部采用片鑄(Strip Casting)工藝生產，我國則全部采用模鑄(Mold Casting)工藝生產。在國家“八六三”計劃支持下，開發具有自主知識產權的稀土貯氫合金的鑄片產業化技術，達到日本同期水平。該技術優點有：（1）可以提高稀土貯氫合金的比容量。相同成分的稀土貯氫合金采用模鑄工藝生產比容量為320mAh/g，如果采用片鑄工藝生產則比容量提高到340mAh/g；（2）活化速度快。模鑄工藝生產的稀土貯氫合金需要10-15個完全沖放周期才能達到最大吸氫量，片貯工藝則只需要2-3個完全沖放周期。（3）抗氧化、耐腐蝕、壽命長。片鑄工藝生產的相同成分稀土貯氫合金比模鑄工藝生產的抗氧化和耐腐蝕性能好，使用壽命長200個循環周期；（4）可以降低原材料成本。例如生產比容量為320mAh/g的稀土貯氫合金，采用片鑄工藝可以大幅度降低金屬鈷，降幅達到30%-50%；（5)能耗降低。片鑄工藝生產的稀土貯氫合金全部有均勻細小的柱狀晶組成、相分布均勻、偏析降低到最低限度、沒有富錳析出，不需要熱處理。模鑄工藝生產的稀土貯氫合金偏析嚴重、富錳相析出，因此需要熱處理來消除或減弱。 LaNi5型稀土貯氫合金是1969年荷蘭菲利浦公司發現的，它具有電化學容量高、循環工作壽命長、對電解液有良好的耐蝕性、對過充電時正極產生的氧要有良好的耐氧化性、電催化活性高、反應阻力（氫過電壓）小、氫擴散速率大、電極反應可逆性好、在電池工作溫度范圍（-20～+60）內有合適的氫平衡分解壓、無污染。稀土貯氫合金的重要應用是它可以被用作鎳氫電池的陰極材料。鎳氫電池與傳統的鎳鎘電池相比，其能量密度提高兩倍，廣泛應用于能源、化工、電子、宇航、軍事及民用各個方面，如筆記本電腦、計算機、攝像機、收錄機、數碼相機、通訊器材、電動工具、混合動力汽車等。
北京科技大學
2021-04-11
高性能稀土鎂合金薄板帶生產技術
“高性能稀土鎂合金薄板帶生產技術”項目是以北京市科委經費支持為起源、以國家“十二• 五”科技支撐計劃為發展，以北京科技大學與美國波音公司國際合作開發高性能稀土鎂合金等為基礎，逐步形成的一項特色科技成果。通過系統地研究鑄軋、擠壓板坯熱軋、鑄錠熱軋和熱處理過程中鎂合金組織演變機理與性能控制技術等，研發出具有高成形性能的稀土鎂合金；實現了高精度鎂合金板成卷軋制過程自動化控制及精整、表面處理技術的開發，并完成了高精度鎂合金專用軋機機組及控制裝置的研發設計及應用，在此基礎上研發出高性能稀土鎂合金薄板帶生產工藝技術。
北京科技大學
2021-02-01
高性能鋁合金架空導線材料與應用
2018年國家技術發明二等獎
電網是我國經濟發展的命脈，架空輸電導線作為電力輸送的“血管”是電網中用量最大、最關鍵的組成部分之一。導線的導電率每提升1%IACS，全國每年節約線損超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展，對架空導線的導電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升導電率與同時提高強度和耐熱性之間存在矛盾，導致我國電網建設急需的特種導線難以滿足工程需求。上海交通大學孫寶德教授團隊與江蘇中天科技集團合作，經十余年研究，取得以下創新性成果：
1.發明了耐熱高導Al-Zr-Y合金材料及微結構調控工藝，解決了耐熱相粗大和溶質鋯(Zr)原子析出不充分的難題，使導電率從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線電網改造工程中獲得大量應用，占國內耐熱導線40%市場份額；
2. 發明了高強抗疲勞Al-Mg-Si導線，解決了強化相調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線和全鋁合金節能導線，占國內30%市場份額，特別是大跨越導線，幾乎包攬了國家電網大跨越工程；
3. 發明了高效除氫、活性涂層陶瓷過濾和新型細化劑制備等導線冶金質量控制技術，解決了微量雜質元素與氣體去除的難題，實現了電工鋁導線的導電率從61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型節能導線在特高壓工程中獲得大量應用。
上述成果依托國家973項目、國家自然科學基金、上海市節能減排專項等項目，共獲得19項中國發明專利，1項美國專利和25項實用新型專利，發表論文49篇。成果在特高壓電網建設、電網增容改造、新能源并網發電、電網領域節能減排中發揮重要的作用，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”。
導線性能測試實驗室
超細夾雜物去除-現場試驗
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
上海交通大學
2021-05-11
耐蝕耐磨化學鍍Ni-W-P合金
化學鍍Ni-P具有優良的耐腐蝕性能，在工業生產中被廣泛應用。但是，隨著應用的增多也 出現了一些問題。由于化學鍍層是陰極性的，如在施鍍過程中形成針孔、麻點以及使用過程中 外力對鍍層的損壞等，往往造成鍍層在腐蝕介質中形成電偶腐蝕，使得鍍層不僅對基體起不到 保護作用，反而加速了基體的腐蝕。 三元合金Ni-W-P鍍層的出現在一定程度上解決了Ni-P鍍層中所存在的問題。W元素的加入 可以提高鍍層的致密性，減小了腐蝕介質穿透鍍層在鍍層與基體之間形成電偶腐蝕的幾率。此 外，W是一種自鈍化元素，在腐蝕介質中有利于鍍層表面鈍化膜的形成，提高了鍍層的耐蝕性 能，因此，P的含量相近時Ni-W-P鍍層的耐蝕性能優于Ni-P鍍層。但是Ni-W-P鍍層與Ni-P鍍層 相比在與基體的結合力上并沒有提高，在后續加工過程中如受到一定外力作用時，鍍層很容易 脫落，這就使得鍍層的應用范圍受到了一定的限制。 該技術針對現有化學鍍層在使用過程中所存在的問題，提出將含有一定量W元素的Ni-W-P 鍍層在高溫下進行熱處理，提高鍍層的結合力和硬度，大幅度提高鍍層的耐蝕耐磨性能，延長 鍍層的使用壽命。 可應用于換熱器、泵、軸、空冷等耐蝕或者耐磨的場合
華東理工大學
2021-04-11
航空鋁合金大尺寸板、帶材制備項目
我國的大飛機發展計劃，為我國鋁合金的發展提供了新的機遇。飛機的60-75%的構件是鋁合金。航空鋁合金是鋁合金中高技術含量，高投資，高附加值產品。我國的C919客機已下線，但是該飛機所用的材料主要依賴進口，急需國產化。同時我國軍用飛機的大型鋁合金材料依然不能滿足軍機發展的需要。最近，國務院和中央軍委大力倡導“民參軍”，鼓勵民營企業參加國防軍工生產。所以該項目計劃建設年產20萬噸鋁合金板帶生產線，其中航空鋁合金板帶5萬噸，其余為工業中厚板。 該項目采用了東北大學發明的兩項關鍵技術-1）電磁-氣刀連鑄技術；以解決高質量錠坯制備，這一制約航空鋁合金發展的關鍵技術，和2）鋁合金電流場熱處理技術，包括電流場均化和電流場固溶時效，在降低成本的同時，保證材料的性能，均有較高的效益。 一般客機自重為30噸左右，戰斗機為10-20噸，大型運輸機為60-80噸，其中60-70%為鋁合金，則按一架飛機平均自重30噸估算，約需鋁合金20噸左右，則需要的鋁合金材料為200噸左右，80-90%被加工掉。如果我國飛機材料能達到500架/年，這需要10萬噸鋁合金。由于現在飛機大部分部件都采用板材機加工方法，所以板材要占80%，既8萬噸。 同時我國的戰車、炮車、軍車等正在實現輕量化，也需要航空鋁合金，預測每年要達到30-50萬噸。 同時，該生產線還可以生產民用中厚板，包括罐車、動車車廂、鋁合金煤車等，預測需要30-50萬噸。 因此包括航空鋁合金在內，我國每年鋁合金中厚板的需求量可以達到80-100萬噸，且隨著我國飛機制造和高鐵發展，需求量還會增加。 招商方向引導 金屬結構材料，輕合金加工行業。可以新建，也可以在原鋁合金加工廠改造升級。
東北大學
2021-04-11
高品質鎂合金集成與循環應用技術
本成果針對鎂合金生產與應用過程中的關鍵問題，成功開發了鎂合金目標 產品的集成應用技術和循環利用技術，打通了目標產品的合金開發、產品設計、 材料加工、產品生產、產品應用和合金廢料返回利用的整個技術鏈條和循環過程。 主要創新成果為：1）發明了一批高品質鎂合金。2）開發和發明了高質量鑄造產 品高效環保加工技術和成套的型材擠壓技術，成功制備了世界上最大規格的中 空型材；大幅度提高了鑄件的成品率。3）首次創新開發了 “重質夾雜逆向自凈 化”的“反向"過濾技術和成套裝備，攻克了過濾精煉能力快速衰減的國際難題。 4）建立了鎂合金材料及產品服役性能數據庫，開發了專家預測系統及先進的鎂 產品開發技術系統，建成了國內外第一個綜合性的“鎂合金材料替換設計及產品 應用技術開發平臺"，解決了鎂產品推廣應用中新材料和新產品脫節的瓶頸問題。 成功開發了 200余款（種）鎂合金及鑄造產品、300多種規格高品質鎂合金 管型材和兩大系列鎂合金氣體保護熔鑄和廢鎂回收再生裝備，已在1000多萬輛 汽車得到成功應用，并已成功裝備軌道交通工具及軍工關鍵裝備上。節能效益非 常明顯，創造了顯著的經濟效益和社會效益。
重慶大學
2021-04-11
鐵磁性非晶合金功能材料制備及應用
研制出了多個具有自主知識產權的鐵磁性非晶、納米晶軟磁合金材料，具有優異的力學性能、軟磁性能、耐蝕性能及對染料廢水高效降解性能，具體研究成果包括：（1）高飽和磁感低損耗納米晶軟磁合金：研制了FeSiBPCu系列納米晶軟磁合金，飽和磁感應強度達1.8T以上，1.5T/50Hz條件下的鐵損僅為0.29W/kg，是高級取向硅鋼鐵損的1/2，技術性能遠優于日本主要生產和大力推廣的FINEMET納米晶合金系列產品，在高效節能電機、無線充電系統、新能源汽車等技術領域具有廣闊市場前景；（2）鐵磁性非晶合金構件涂層：制備了厚度達9mm的非晶合金構件涂層，非晶度90[[%]]以上，孔隙率低于1[[%]]，平均硬度達976HV，內聚強度為237MPa；利用激光熔覆技術進一步改善其力學性能，斷裂強度達1800Mpa，具有優異的耐蝕性能和耐摩擦磨損性能，適用于各種功能構件的在線修復；（3）鐵基非晶合金化學性能研究：研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/納米晶合金在對染料廢水的高效降解，發現合金表面的“自更新”行為可有效提高合金的重復利用性，同時良好的熱磁調諧性使合金便于降解后的自動回收，對于實現高效、低成本處理印染廢水，解決水污染問題具有重要的應用價值。
東南大學
2021-04-11
鐵磁性非晶合金功能材料制備及應用
研制出了多個具有自主知識產權的鐵磁性非晶、納米晶軟磁合金材料，具有優異的力學性能、軟磁性能、耐蝕性能及對染料廢水高效降解性能，具體研究成果包括：（1）高飽和磁感低損耗納米晶軟磁合金：研制了FeSiBPCu系列納米晶軟磁合金，飽和磁感應強度達1.8T以上，1.5T/50Hz條件下的鐵損僅為0.29W/kg，是高級取向硅鋼鐵損的1/2，技術性能遠優于日本主要生產和大力推廣的FINEMET納米晶合金系列產品，在高效節能電機、無線充電系統、新能源汽車等技術領域具有廣闊市場前景；（2）鐵磁性非晶合金構件涂層：制備了厚度達9mm的非晶合金構件涂層，非晶度90%以上，孔隙率低于1%，平均硬度達976HV，內聚強度為237MPa；利用激光熔覆技術進一步改善其力學性能，斷裂強度達1800Mpa，具有優異的耐蝕性能和耐摩擦磨損性能，適用于各種功能構件的在線修復；（3）鐵基非晶合金化學性能研究：研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/納米晶合金在對染料廢水的高效降解，發現合金表面的“自更新”行為可有效提高合金的重復利用性，同時良好的熱磁調諧性使合金便于降解后的自動回收，對于實現高效、低成本處理印染廢水，解決水污染問題具有重要的應用價值。
東南大學
2021-04-11