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鎂鋰合金及其復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)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(xiàng)目研制了鎂鋰基合金及其復(fù)合材料的設(shè)計(jì)技術(shù)、熔煉技術(shù)、成型工藝和表面處理技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了具有超輕（密度約為1.5g/cm3）、高強(qiáng)（抗拉強(qiáng)度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高穩(wěn)定性的稀土金屬間化合物增強(qiáng)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(tái)，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。

化石能源的枯竭和環(huán)境污染問題是推動(dòng)全球新能源開發(fā)熱潮的兩大因素。氫能做為一種新型能源，以其清潔、高效、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。貯氫合金是發(fā)展歷史最長(zhǎng)、技術(shù)最為成熟的儲(chǔ)氫介質(zhì)，在體積儲(chǔ)氫密度、工作溫度、工作壓力、吸放氫動(dòng)力學(xué)性能和安全性等方面都具有優(yōu)勢(shì)。 常用的AB5、AB2及AB型儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫量一般都不超過2wt%，限制了其工程應(yīng)用。釩鈦基儲(chǔ)氫合金具有超過3.8wt%的理論貯氫量，常溫附近放氫量可接近3.0wt%，熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能良好，有望在燃料電池驅(qū)動(dòng)的器件上得到廣泛應(yīng)用。 在863和各級(jí)省市政府支持下，已經(jīng)形成如下技術(shù)成果： 1.形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的V-Ti-Cr-Fe四元合金體系，其釩含量可在20-60wt%變化； 2.這類合金多數(shù)可用價(jià)廉的FeV80中間合金制備，相對(duì)于用純金屬釩制備，合金材料成本下降到10%左右，解決了這類合金應(yīng)用的成本制約因素； 3.這類合金無需活化處理，可直接在室溫下吸放氫，298K下6分鐘內(nèi)合金吸氫量普遍超過3.6wt%； 截止壓為0.01MPa時(shí)，部分合金298K放氫量超過2.5wt%，278K吸氫后333K放氫量超過3.0wt%，是目前已見報(bào)道的含F(xiàn)e的低成本釩鈦基儲(chǔ)氫合金中0.01MPa截止壓下放氫量最高的。 主要技術(shù)指標(biāo)：1.298K下吸氫量大于3.6wt%。 2.截止壓力為0.01MPa時(shí)，298K下放氫量大于2wt%；部分合金的放氫量大于2.5wt%，278K吸氫后333K放氫量超過3.0wt%。 應(yīng)用范圍：近年來，用質(zhì)子交換膜燃料電池驅(qū)動(dòng)的便攜電源、不間斷電源、燃料電池自行車、三輪代步車等在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上悄然興起，氫燃料電池汽車、潛艇等技術(shù)也逐漸成熟并形成市場(chǎng)，釩鈦基貯氫合金可以作為氫源為質(zhì)子交換膜電池提供氫氣。

"耐熱高性能鋁合金是國(guó)防工業(yè)和高端制造業(yè)輕量化、綠色可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵材料之一。傳統(tǒng)鋁合金強(qiáng)度隨溫度升高急劇降低，350℃抗拉強(qiáng)度僅為室溫的25%左右，遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代汽車交通、海洋船舶動(dòng)力裝備、重型裝甲武器、先進(jìn)空天飛行器等越來越苛刻服役環(huán)境對(duì)鋁合金耐熱性能的迫切需求。合金體系不完善、耐熱相與基體不匹配、耐熱相構(gòu)型不可控是制約鋁合金耐熱性提升的關(guān)鍵共性難題。 本項(xiàng)目獲得2016年度山東省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，從源頭上著手，以熔體結(jié)構(gòu)調(diào)控為突破口，發(fā)明納米晶種材料及其應(yīng)用技術(shù)，調(diào)控基體與耐熱相空間構(gòu)型，提出鋁合金高溫強(qiáng)化新思路。磷、碳、氮與鋁熱力學(xué)上可形成高熔點(diǎn)晶種型化合物，但這三種元素在鋁熔體中溶解度極低，化合物在鋁熔體中結(jié)構(gòu)易演變，這加劇了高數(shù)量密度、熱穩(wěn)定納米晶種原位合成的難度。在國(guó)家及省部級(jí)項(xiàng)目支持下，歷時(shí)十八年系統(tǒng)研究，形成以下技術(shù)發(fā)明： ◆ 耐高溫鋁合金復(fù)合材料（SD-HRSAl-1）：該材料制造的攪拌器在800℃溫度以下的鋁熔體中長(zhǎng)時(shí)間服役不發(fā)生蠕變。表明該材料不僅耐高溫，而且可耐鋁熔體侵蝕。 ◆ 耐熱高強(qiáng)鋁合金材料（SD-HRSAl-2）：該材料具有顯著突出的高溫強(qiáng)度，350℃抗

本發(fā)明公開了一種牙科用鈦合金材料，合金成分包括鈦、鋯、銅和微量元素，Zr的重量百分比為5～15％，Cu的重量百分比為1～5％，微量元素M的重量百分比為0.05～0.5％，Ti余量。所包括的微量元素M根據(jù)性能匹配的要求可調(diào)節(jié)，至少為鋰或稀土元素鑭、鈰中的一種；其相結(jié)構(gòu)為主相α和少量的β相。材料的性能指標(biāo)如下：維氏硬度為260-320，抗壓強(qiáng)度為1300-2000MPa。

北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究開發(fā)的高性能W-Cu、Mo-Cu合金是一類采用新工藝制備的金屬功能材料。自1996年以來，本項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)防預(yù)研基金等大力支持與資助，歷時(shí)6年完成。采用先進(jìn)的活化工藝對(duì)原材料粉末進(jìn)行處理，再采用特殊的固結(jié)手段，制備出的W-Cu、Mo-Cu合金性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。它兼有鎢（或鉬）與銅的綜合性能，例如高的導(dǎo)熱性、優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的抗震性、抗燒蝕、抗高溫氣體腐蝕性、以及可調(diào)節(jié)的熱膨脹系數(shù)等。W-Cu合金的密度為16.36g/cm3，熱膨脹系數(shù)為7.2×10-6/℃，熱導(dǎo)率為182Wm-1K-1，彈性模量為274.6GPa，全部達(dá)到或超過了進(jìn)口件的性能，已用于我國(guó)國(guó)防和電子和民用工業(yè)部門。 由于W-Cu、Mo-Cu合金具有其它材料所不具備的優(yōu)異性能，因此可以在眾多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。例如在電子通訊領(lǐng)域可以用于散熱與熱沉材料、電子封裝材料，在工業(yè)電氣領(lǐng)域可以用于真空觸頭，在航空航天領(lǐng)域可用于尾部噴管喉襯、燃?xì)舛妫诘刭|(zhì)勘探與石油領(lǐng)域可用于巖石破碎彈的藥型罩等。

改進(jìn)鋁型材時(shí)效處理工藝，鋁合金的斷后伸長(zhǎng)率比普通時(shí)效工藝下變大（約15%），減小后期鋁合金彎管過程中出現(xiàn)裂紋或者斷裂的概率，也避免了工藝造成鋁合金管材容易刮擦劃傷的質(zhì)量問題；通過鋁合金成形CAE技術(shù)，選擇合理工藝參數(shù)，提高鋁合金成形質(zhì)量；采用等溫?cái)D出技術(shù)改善材料強(qiáng)度和塑性。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:鎂合金的腐蝕與防護(hù)是鎂合金應(yīng)用中的全球性瓶頸問題，如何解決鎂合金的腐蝕問題是決定鎂合金應(yīng)用前景的關(guān)鍵問題之一。上海交通大學(xué)輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心是我國(guó)鎂合金材料和鎂合金制品的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化示范基地，在致力于鎂合金腐蝕與防護(hù)機(jī)理和方法近14年的系統(tǒng)、深入研究基礎(chǔ)上，開發(fā)出了一系列功能獨(dú)特、裝飾性好的鎂合金表面處理技術(shù)及其生產(chǎn)工藝。其中，技術(shù)成熟、性能優(yōu)異、應(yīng)用效果和反應(yīng)良好的“鎂合金耐磨、耐蝕高性能協(xié)合涂層技術(shù)”最為突出，已在我國(guó)的航空、航天、衛(wèi)星、雷達(dá)、通訊、汽車、紡織等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。“協(xié)合涂層”不是傳統(tǒng)意義的涂層，而是采用特殊工藝將低摩擦系數(shù)的聚合物或者固體潤(rùn)滑劑引入微弧氧化膜或者硬質(zhì)鍍層之中，從而結(jié)合了原始膜層和引入物兩者的優(yōu)點(diǎn)。該種涂層與基體金屬的表層形成一個(gè)整體，而非僅一層表面覆蓋層，故其性能優(yōu)于原來的基體金屬和單一的涂層組分性能。本項(xiàng)目對(duì)鎂合金微弧氧化處理的“火花”大小和密度可進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化層微孔直徑、分布密度和膜層厚度的調(diào)控。協(xié)合涂層具有硬度高、強(qiáng)韌性好、耐磨耐蝕的優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)目擁有鎂合金超聲濕噴丸方法、鎂合金陽極氧化用離子交換膜電解槽及其氧化方法兩項(xiàng) 授權(quán)發(fā)明專利，可廣泛應(yīng)用于航空、航天、衛(wèi)星、雷達(dá)、通訊、汽車、紡織等領(lǐng)域，具有很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益潛力。知識(shí)產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:國(guó)家級(jí)計(jì)劃/專項(xiàng)類別:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)重大項(xiàng)目

/space團(tuán)隊(duì)研究開發(fā)了醫(yī)用鈦合金表面處理新工藝，包括微弧氧化法制備含鈣磷涂層和電化學(xué)沉積法制備羥基磷灰石涂層。其中微弧氧化法制備的鈦合金醫(yī)用涂層中鈣磷總含量超過20at.%，Ca/P接近1.67，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度超過50MPa，涂層性能遠(yuǎn)超高目前臨床應(yīng)用HA涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。開發(fā)的醫(yī)用鈦合金電化學(xué)沉積羥基磷灰石涂層結(jié)合了水熱法和電化學(xué)沉積法的優(yōu)點(diǎn)，具有HA生長(zhǎng)速度快，涂層形貌可控，涂層結(jié)晶度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。開發(fā)的原位合成法鈦基復(fù)合材料具有制備工藝簡(jiǎn)單，增強(qiáng)體與基體界面結(jié)合良好，增強(qiáng)體在基體中分布均勻，具有可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。

隨著鋁合金結(jié)構(gòu)和機(jī)器人自動(dòng)化焊接的廣發(fā)應(yīng)用，研發(fā)出適應(yīng)機(jī)器人焊接的新型高強(qiáng)鋁合金系列焊絲，可滿足機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間焊接作業(yè)，送絲流程。通過熔池小冶金，可進(jìn)一步提高焊縫強(qiáng)度。該技術(shù)包括 成熟的配方、生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)線二條。

采用注射成形工藝實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀增壓渦輪的近終成形，并滿足高性能和低成本的要求。根據(jù)注射成形渦輪對(duì)零件壁厚的要求，選擇 ?52mm 渦輪作為研制對(duì)象，并完成了中空蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及可靠性校驗(yàn)，中空孔徑確定為 ?5mm，孔深 25mm，如圖 1 所示。對(duì)比分析實(shí)芯渦輪和中空渦輪的離心應(yīng)力分布可知，采用中空結(jié)構(gòu)的渦輪，其應(yīng)力分布較原始渦輪應(yīng)力分布一致，但渦輪離心應(yīng)力有所增大，中空結(jié)構(gòu)渦輪的最大離心應(yīng)力為 626MPa，較原始渦輪增加了 20.4%。渦輪采用中空設(shè)計(jì)后，自振頻率變化很小，頻率平均變小 0.167%，可近似認(rèn)為沒有變化。中空結(jié)構(gòu)增壓渦輪不僅達(dá)到了減輕重量的目的，而且大幅度減小了燒結(jié)變形。設(shè)計(jì)了側(cè)向抽芯模具結(jié)構(gòu)（如圖 2 所示），實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形狀增壓渦輪的近終成形。采用數(shù)值模擬方法對(duì)注射成形充模過程進(jìn)行了模擬，得出了喂料的充模過程（如圖 3 所示），并闡明了渦輪在注射成形過程中產(chǎn)生的缺陷與機(jī)理。優(yōu)化了注射成形工藝參數(shù)，得出最佳的注射成形工藝參數(shù)為：注射溫度為 160℃，注射壓力為 60MPa，模溫為 80℃，最終制備出了無缺陷的注射成形坯。以平均粒度 15μm 的惰性氣體霧化的 K418 鎳基高溫合金為原料，選用 67%裝載量，將粉末與粘結(jié)劑（60%石蠟+15%高密度聚乙烯+15%聚丙烯+10%硬脂酸）于 140℃在開放式混煉機(jī)中混煉 30min，制備出適合鎳基高溫合金粉末注射成形的高效粘結(jié)劑，制備出了流變性能良好的注射喂料。分析了脫脂方法、脫脂制度和脫脂溫度對(duì)致密度和最終高溫合金性能的影響，掌握了碳、氧含量的精確控制技術(shù)。通過燒結(jié)+熱等靜壓工藝獲得高致密度的粉末高溫合金，具有晶粒細(xì)小、顯微組織均勻、綜合力學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。MIM418 合金 1230℃真空燒結(jié)相對(duì)密度為 97%，熱等靜壓后的樣品接近全致密。圖 1 實(shí)芯渦輪和中空結(jié)構(gòu)渦輪圖 2 側(cè)向抽芯模具結(jié)構(gòu)圖 3 渦輪注射填充過程模擬經(jīng)過 1200℃固溶/空冷、750℃時(shí)效，MIM418 抗拉強(qiáng)度達(dá)到 1425MPa，屈服強(qiáng)度為1004MPa，延伸率達(dá)到19.4%，與鑄造合金性能相比分別提高了70%，30%，120%。圖 4 為燒結(jié)態(tài)的注射成形渦輪。渦輪表面光潔，尺寸精度高，如圖 4 所示。圖 4 注射成形渦輪制備出滿足渦輪使用性能測(cè)試要求的渦輪，渦輪尺寸與內(nèi)部質(zhì)量良好，達(dá)到裝機(jī)測(cè)試要求。渦輪樣品在無錫威孚英特邁渦輪增壓器公司進(jìn)行了臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，圖5 所示為渦輪樣品焊接及部分工裝的照片。鋼軸焊接后接頭抗拉破斷力達(dá)到 18噸，遠(yuǎn)高于鑄造渦輪與鋼軸的焊接強(qiáng)度。轉(zhuǎn)速相同時(shí)，粉末注射成形渦輪部件測(cè)頻一致性和氣動(dòng)性能渦端一致性均優(yōu)于鑄造性能，超速飛裂試驗(yàn)停止在 225000轉(zhuǎn)/分與 225000 轉(zhuǎn)/分，增壓器拆檢的結(jié)果可知，超速飛裂試驗(yàn)渦輪表現(xiàn)良好，兩套增壓器的失效皆由渦輪軸斷裂造成。粉末注射成形渦輪樣件測(cè)頻一致性優(yōu)于鑄造渦輪，粉末注射成形渦輪與鋼軸聯(lián)結(jié)強(qiáng)度也明顯高于鑄造渦輪。粉末注射成形MIM418 渦輪在超速飛裂試驗(yàn)中表現(xiàn)不俗，在鋼軸斷裂 21.5/22.5 萬轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，渦輪仍保持完好。粉末注射成形渦輪的渦端試驗(yàn)表明，渦輪部件渦端性能一致性較好，3 組樣品渦端的效率曲線基本重合，均在±0.5%的偏差內(nèi)。