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一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 高溫是很多新材料及制造過程的必須，因為高溫下很多反應才能夠發生并且更快速的發生。然而現有高溫合成與制造技術有以下缺點： 1、溫度有限； 2、升降溫慢； 3、能源時間成本高； 4、過程開發和控制不智能等。 高溫可以實現毫秒或者秒級的材料制造，從而大大加速了材料開發制造過程，允許在短時間內合成制造出大量產品并收集其信息及數據，通過對數據的處理分析，利用機器學習及人工智能的方法去指導新材料開發及智能制造過程，實現材料開發與制造的智能化升級。

本項目系統全面地研究了采用熔融擠出/熱處理/單軸拉伸法(MEAUS)制備鋰電池用聚烯烴微孔隔膜的原理，成功地設計制造了國內第一條熔融擠出/熱處理/單軸拉伸(MEAUS)法制備鋰電池用聚烯烴微孔隔膜的工業化生產線。在此基礎上，研發成功了鋰離子動力電池PP/PE兩層或三層復合隔膜產業化技術。擁有國內唯一動力鋰電池隔膜產品的制造技術。

基于 SAP 的天為制造執行管理系統（簡稱，天為 MES For SAP ）是專門為 SAP 應用開發的 MES 系統，實現了與 SAP 的全面和雙向功能和過程信息的無縫集成。系統結合 TQM 、 JIT 、 LP 等先進管理理念，在 SAP 計劃功能的基礎上，利用大連理工大學 CIMS 中心專家團隊十幾年的研究成果 --- 具有自主知識產權的高級調度算法，實現了基于數據的生產計劃動態調度，幫助企業實現生產現場的精益管理，是企業計劃落實到執行的利器。

機械制造自動化相關技術

本項目從高分子分離膜材料及制備技術入手，通過優化膜材料性能、膜制備工藝，采用界面聚合反應、溶液涂覆交聯等工藝技術，開發了不同膜材料、不同荷電特性、不同切割分子量和面向不同應用領域的復合納濾膜。項目技術包括膜材料配方、生產工藝及產業化制造技術。已獲授權發明專利 3 項。本項目大幅提升了國內復合納濾膜制備及其產品的技術水平，擁有自主知識產權和核心競爭力。系列多功能納濾膜材料制造技術可進行產業化轉化，產品性能處于國內領先、可替代進口，產品可廣泛應用于飲用水凈化、工業流體分離等領域。

鋁及其合金是工程應用最廣泛的結構材料之一。傳統的鋁合金零件通過鑄造、鍛造和粉末冶金等方法制造，與這些傳統制造過程相關的工具設備增加了制造成本和交付周期。3D打印技術由于為制造設計提供了豐富的自由度而廣泛應用于工程零件的制造。現有3D打印技術中，選擇性激光熔化（SLM）是發展最為廣泛的方法之一。但是SLM工藝中的冶金缺陷如許多裂紋、球化和氣孔導致只有有限數量的金屬適合該種工藝，且具備滿足要求的密度、微觀結構和強度。 中南大學粉末冶金研究院李瑞迪研究員和新西蘭奧克蘭大學、中車工業研究院有限公司等單位合作通過對合金元素進行調控和熱處理工藝的探索，發展了一種適用于SLM制備工藝，具有良好抗裂性和高強度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相關論文以題為“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》在線發表。 在該項工作中，研究人員設計了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用霧化合金粉末進行3D打印制備。在沒有Si元素的情況下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制備過程中均易發生熱裂紋，平均裂紋密度隨Mg含量的增加而增大。發現在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能夠有效地抑制SLM過程中的熱裂紋，同時細化制備合金的微結構，從而提高打印試樣的力學性能。 圖1：不同成分的打印樣品晶粒尺寸和形貌EBSD分析結果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶體學取向用倒極圖（IPF）表示。 圖2：Mg和Si元素對試樣斷裂行為的影響。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉應力應變曲線。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的斷口SEM圖像。 通過對合金成分的進一步微調，研究人員設計了一種新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。這種新合金具有明顯的細化微觀組織，由亞微米胞體和胞體中存在的共晶Al3（Sc，Zr）納米粒子（2-15nm）和粒間Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直徑10-100nm）組成。打印試樣中形成了高密度的層錯和獨特的9R相。試樣的拉伸強度和延伸率分別達到497MPa和11%。經過時效處理后，試樣的拉伸強度達到550MPa，塑性在8%～17%之間。除了固溶強化、晶界強化和納米顆粒強化外，高密度層錯也有助于強化。 圖3：不同組分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印樣品的細晶區TEM圖像：（a1-2）合金4的胞狀結構；（a3-4）合金的柱狀結構；（b1-5）合金（b2）的胞狀結構是（b1）的暗場圖像；（b3-4）合金的柱狀組織#5；圖（a2），（a4），（b2）和（b4）顯示了晶間共晶組織；（b5）是SLM-printed Alloy#5細胞的干HAADF圖像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相應EDX圖譜。 圖4：（a）SLM打印合金#5時效前后的拉伸應力應變曲線。曲線“#5”表示打印合金#5；曲線“#5-HT1”表示360℃時效8h的合金#5；曲線“#5-HT2”表示300℃時效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2斷裂處拉伸試樣的透射電鏡顯示具有高密度位錯和SFs的變形組織。（c）沿[001]方向的變形亞晶中滑移帶和滑移方向的HRTEM圖像。（d）在（-100）面上用（c）圖中標記區域的傅里葉逆變換圖像顯示出高密度位錯。 這項研究成果通過在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精細打印微觀組織，獲得了無裂紋的打印合金成分。隨后通過熱處理時效工藝引入高密度層錯并細化晶粒，開發出了一種具有低熱裂敏感性和高強度的新型鋁鎂合金。這項工作提供了一種解決和消除SLM工藝中的冶金缺陷的鋁鎂合金成分設計方法和熱處理工藝，推動了SLM制造技術的工程應用。

研發采用視覺伺服方法進行焊接機器人的焊縫跟蹤控制以實現真空腔體的智能化焊接。為了適合高速處理焊前的對接焊縫圖像和處理多種焊縫圖像，研發基于區域的焊縫圖像處理算法和基于邊緣的焊縫圖像處理算法。研發根據焊縫圖像的特點定義焊縫的位置偏差和角度偏差，在此基礎上設計焊縫跟蹤控制器。進而，利用視覺伺服方法進行焊接機器人的焊縫跟蹤控制，實現智能化焊接。 在設計視覺伺服傳感機構的過程中，增強對攝像機取像位置靈活性的控制，并滿足攝像機在室內光源和弧光兩種光源下取像的需要；首次研究基于區域和邊緣的焊縫圖像處理算法；首次根據焊縫圖像的特點定義焊縫的位置偏差和角度偏差。

目前我國鋼鐵、石化、核工業等高溫設備和管道保溫材料，如玻璃棉、巖/礦棉、陶瓷纖維氈等無機保溫材料，導熱系數高（0.037～0.05W/(m•K)）、保溫節能效果差；我國建筑和交通運輸領域使用的聚苯乙烯、聚氨酯等有機保溫材料（導熱系數0.024～0.03W/(m•K)），耐溫阻燃性能差，嚴重火災頻繁發生，安全隱患突出。針對鋼鐵、石化、核反應堆等高溫工業領域對高性能保溫絕熱材料及其結構功能一體化的迫切需求。已提出微納米纖維玻璃棉/低氣體滲透膜材真空絕熱復合材料結構設計及制備工藝方法，研發高速離心噴吹技術制備微納米纖維玻璃棉芯材，并將芯材和HDPE/PET/Al/PA復合膜材真空封裝。

該方案集中體現代工業生產流水線加工系統，將物料供給、工件檢測、加工、搬運、立體存儲等以及生產監控與管理等知識全面展示在學生面前。整個系統由多個功能站有機組合而成，而各功能站又可以由多個子功能模塊組成，可根據實際需求重新組合，為在校學生提供一個符合職業角色的先進工業技術綜合實訓環境。