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高速列車具有安全性好、正點(diǎn)率高、快速等優(yōu)點(diǎn)。能有效地改善交通環(huán)境，帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。20世紀(jì)60年代以來，隨著鐵路電氣化的高速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸一再提速，對(duì)于電氣化鐵路用接觸線的性能要求越來越高，因?yàn)樵陔姎饣F路運(yùn)行過程中，接觸導(dǎo)線不僅要承受較大的懸掛張力，同時(shí)還經(jīng)受著通過電流時(shí)引起的熱作用。因此，材料要求在具有良好導(dǎo)電性能的同時(shí)還應(yīng)具有高的抗拉強(qiáng)度，而且在電流負(fù)荷增大、溫度升高時(shí)仍然要保持較高的強(qiáng)度。接觸線既要提供高速列車所需的動(dòng)力、照明和空調(diào)等用電，又要承受較大的軸向拉力，同時(shí)還可能工作在極冷、極熱、腐蝕性強(qiáng)等環(huán)境中，總的來說，電力傳輸線必須具有以下性能：能夠滿足高速列車速度和電流的要求，具有足夠的抗拉強(qiáng)度來承受振動(dòng)，高導(dǎo)電率，耐磨性好，耐熱性好，抗軟化溫度高，軟化處理(300℃保溫2 h) 后其常溫抗拉強(qiáng)度不小于初始態(tài)的90%，抗大氣腐蝕性能好，線膨脹系數(shù)小。我國鐵路廣深線、京鄭線等都大量或全部使用了法國或德國產(chǎn)品，花費(fèi)了大量外匯。因此，對(duì)國產(chǎn)銅及銅合金接觸線的研制開發(fā)具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本研究開發(fā)的析出強(qiáng)化型Cu-Ag系、Cu-Cr系合金已經(jīng)能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。

（1）研發(fā)了系列新型高強(qiáng)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(qiáng)韌鋁硅合金。開發(fā)出一種新型高強(qiáng)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(xì)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(duì)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(qiáng)度不達(dá)標(biāo)等缺陷和問題。 2）研發(fā)出一種低成本高強(qiáng)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(duì)鎂合金相變規(guī)律的影響機(jī)制；研究出準(zhǔn)晶增強(qiáng)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(qiáng)度低、韌性差等問題。 3）研發(fā)出一種新型高強(qiáng)韌鈦合金。開發(fā)出一種α+β型雙相高強(qiáng)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(jí)固溶時(shí)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(qiáng)度和韌性同步提升。解決了現(xiàn)有鑄造鈦合金強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了高性能復(fù)雜鑄件的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)。 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(shí)驗(yàn)測溫與數(shù)值模擬反求的熱物性參數(shù)求解方法，實(shí)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(tái)-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(tái)。建立了電磁、速度、壓強(qiáng)、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(tái)，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(dòng)態(tài)自適應(yīng)劃分技術(shù)，解決了SOLA流動(dòng)場求解數(shù)據(jù)耦合干擾難題，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模鑄造流動(dòng)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(duì)高性能復(fù)雜鑄件不同批次的單個(gè)鑄件模擬方法，建立關(guān)鍵工藝參數(shù)波動(dòng)對(duì)典型缺陷的多元回歸關(guān)系模型，實(shí)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(shí)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(dòng)生成、感知、標(biāo)記、進(jìn)度跟蹤的控制機(jī)制，實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)行的組織變革、流程變更和管理改善，實(shí)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(jìn)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(shí)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(hù)最主要的方法之一。為了應(yīng)對(duì)現(xiàn)代科技對(duì)鋼鐵耐腐蝕性日益增長的要求，歐美、日韓等一些發(fā)達(dá)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(yuǎn)低于不銹鋼產(chǎn)品，具有極大的市場價(jià)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(duì)山東省鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)具有非常重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。 二、項(xiàng)目內(nèi)容 本項(xiàng)目系統(tǒng)研究了Ti, Sb元素對(duì)熱浸鍍Zn-11Al-3Mg合金組織與性能的影響。通過XRD對(duì)Zn-11Al-3Mg-Ti-Sb合金試樣進(jìn)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(jì)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(duì)合金耐腐蝕性能的影響，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了鋼板熱浸鍍實(shí)驗(yàn)。 三、項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化可行性分析 前已述及，本項(xiàng)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(jià)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(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新達(dá)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(shí)驗(yàn)室也進(jìn)行了小批量的熱浸鍍實(shí)驗(yàn)。我們希望與省內(nèi)具有較強(qiáng)實(shí)力的熱浸鍍板生產(chǎn)廠家進(jìn)行合作，繼續(xù)完成相關(guān)性能的測試和中試試驗(yàn)，早日實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 四、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及團(tuán)隊(duì)簡介 項(xiàng)目負(fù)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃1項(xiàng)，完成山東省博士基金1項(xiàng)，同時(shí)參與了多項(xiàng)國家和省部級(jí)項(xiàng)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(xiàng)，曾于2011年10月赴韓國國立慶尚大學(xué)訪學(xué)1年； 項(xiàng)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(yán)謹(jǐn)踏實(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，致力于實(shí)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(qiáng)之長，增補(bǔ)企業(yè)研發(fā)力量弱之短，努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，將實(shí)驗(yàn)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(qiáng)國添磚加瓦！

本發(fā)明屬于金屬材料的制備及鑄造成形技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種 細(xì)化稀土鎂合金中富稀土相的方法。稀土鎂合金中的“稀土”是指鎂 合金中含有以下稀土元素中的一種、二種或多種：RE(RE 為 Ce 及 La 混合稀土，其中 Ce 的質(zhì)量百分比為 50％～70％，余量為 La)0.5％～ 4％；Y-0.5～2％；Nd2～3％；Gd-1～5％，等。將高于液相線溫度 0～ 40℃的鎂合金液澆入到預(yù)熱至預(yù)設(shè)溫度的盛漿容器內(nèi)，降下變幅桿至 金屬液面以下 1～25mm，同時(shí)啟動(dòng)超聲振動(dòng)。超聲振動(dòng)時(shí)間為 1～ 8min，振動(dòng)結(jié)束后，金屬熔體溫度控制在液相線溫度以下 5～50℃。 振動(dòng)后的金屬熔體成形得到的鎂合金零件，晶粒尺寸和富稀土相尺寸 要比未超聲振動(dòng)的組織細(xì)化很多，本發(fā)明可用于稀土鎂合金的制漿工 藝、后續(xù)流變鑄造以及稀土鎂合金零件的成形。

北京科技大學(xué)腐蝕與防護(hù)中心電化學(xué)工程與材料研究室經(jīng)過多年潛心研究，開發(fā)出了新型的化學(xué)鍍鎳鉻磷稀土非晶態(tài)合金技術(shù)，并獲得了國家發(fā)明專利。此研究開發(fā)成果為國內(nèi)外領(lǐng)先水平。 化學(xué)鍍合金技術(shù)是一種表面強(qiáng)化、表面保護(hù)技術(shù)。化學(xué)鍍不用電能，只需將被鍍物放入化學(xué)鍍?nèi)芤褐薪?jīng)自催化反應(yīng)即可在被鍍物表面形成非晶態(tài)的合金鍍層，而且鍍層厚度分布比電鍍更均勻。化學(xué)鍍獲得的是非晶態(tài)的合金鍍層，比一般的結(jié)晶組織的電鍍層具有更優(yōu)異的耐腐蝕性能和良好的耐磨蝕性能，也具有極好的裝飾性能。 新型的化學(xué)鍍鎳鉻磷稀土非晶態(tài)合金鍍層與以往常規(guī)的化學(xué)鍍鎳磷非晶態(tài)合金鍍層相比，由于加入了稀土、鉻元素，具有更優(yōu)異的耐腐蝕性能和更良好的耐磨蝕性能，特別是使鍍層硬度能達(dá)到電鍍硬鉻鍍層的硬度。 化學(xué)鍍鎳鉻磷稀土非晶態(tài)合金的工藝易于操作，與化學(xué)鍍鎳磷合金工藝基本一致。 由于化學(xué)鍍鎳鉻磷稀土非晶態(tài)合金鍍層具有優(yōu)異的耐腐蝕、耐磨蝕性能及較高的硬度，因此，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，例如： 計(jì)算機(jī)硬盤；打印機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸； 電子設(shè)備外殼的電磁屏蔽； 復(fù)印機(jī)內(nèi)的各種零部件； 石油、石化及化工企業(yè)的換熱器和反應(yīng)器； 油田采油套管、井下工具； 食品機(jī)械； 各種機(jī)械零部件； 紡織機(jī)械； 印刷機(jī)械； 汽車工業(yè)中的零部件；

鋁水解制氫是一種重要的產(chǎn)氫方式，但鋁水解產(chǎn)生的熱量甚至超過了生成的氫氣所含化學(xué)能，高達(dá) 55% 的化學(xué)能以熱量直接耗散。研究人員利用 Y-Pd 薄膜電極與 Al 片構(gòu)成電池，可將水解的熱能轉(zhuǎn)化為電能，水解熱能的利用率達(dá)到 8%-15% ，該過程中 Y 薄膜同步吸氫，首次實(shí)現(xiàn)了同步發(fā)電和吸氫。

成果來源于江蘇省科技招標(biāo)項(xiàng)目，江蘇省高技術(shù)項(xiàng)目及國家創(chuàng)新計(jì)劃等項(xiàng)目。項(xiàng)目完成過程中申請十多項(xiàng)國家發(fā)明專利，研制出的PDP熒光粉在VUV激發(fā)下的發(fā)光亮度、色坐標(biāo)、發(fā)射波長，以及粉體中心粒徑等性能指標(biāo)均達(dá)到或超過日本化成公司PDP熒光粉的實(shí)物質(zhì)量水平，在熒光粉的抗劣化性能及分散性等方面優(yōu)于日本化成公司PDP熒光粉。該產(chǎn)品在蔭罩式全彩色PDP上進(jìn)行了涂屏試驗(yàn)，涂覆效果良好，涂屏后的整屏亮度與使用國外商用PDP粉的效果相當(dāng)。

小型鎳氫電池已產(chǎn)業(yè)化、商品化，大容量鎳氫電池是當(dāng)前電動(dòng)車輛主選動(dòng)力電池之一。目前國內(nèi)外生產(chǎn)鎳氫電池的負(fù)極材料，基本采用混合稀土鎳基儲(chǔ)氫合金(MmB5， Mm為混合稀土金屬，B為Ni、Co、Mn、Al等金屬)。 南開大學(xué)課題組首次制備了含堿金屬鋰（Li）新組分儲(chǔ)氫合金[MmB5（Li）]，提高了電池負(fù)極電催化活性和延長電池壽命，并獲得中、美、歐發(fā)明專利（ZL 92100029.4； US 5,242,656； EP 0554617B1）。同時(shí)

磁性蓄冷材料是在90年代初被發(fā)現(xiàn)的。這些材料用于制冷機(jī)中后，使得商用制冷機(jī)的溫度可達(dá)2K，效率有了突破性提高（以往這種制冷機(jī)中使用的蓄冷材料只有鉛，但是因?yàn)殂U的比熱容在15K以下急劇下降，使得小型制冷機(jī)在10K溫度以下制冷效率幾乎為零，商用制冷機(jī)的最低制冷溫度在8K左右）。使用磁性蓄冷材料的最大特點(diǎn)在于不需要重新建立一個(gè)制冷體系，只要將商品化的氣體制冷機(jī)中的蓄冷材料換成磁性蓄冷材料。 Er-Ni系列磁性蓄冷材料的指標(biāo)： 比熱容峰值：5K~20K； 在10K以下的比熱容峰值為0.35~0.81J/cm3.K； 4K到20K的比熱容積分∫CdT是5.5J/cm3 新型稀土磁性蓄冷材料已經(jīng)用于小型回?zé)崾降蜏貧怏w制冷機(jī)產(chǎn)品中。這種制冷機(jī)的制冷溫度在4.2K～20K，一般用于醫(yī)用核磁共振成象儀、磁懸浮列車和超導(dǎo)發(fā)電機(jī)中冷卻其大型超導(dǎo)磁鐵、用于量子干涉儀（SQUID)、射頻天文望遠(yuǎn)鏡的傳感器探頭和軍用紅外探測器中以提高其靈敏度，并用于低溫冷疑高真空泵中等等。使用了這種新型稀土磁性蓄冷材料替代傳統(tǒng)蓄冷材料以后，可以使醫(yī)用核磁共振成象儀等不用灌注液氦，每年僅每臺(tái)醫(yī)用核磁共振成象儀就可以節(jié)約16萬人民幣。

新型稀土磁性蓄冷材料是一種高熵密度磁性材料(high entropy magnetic materials)，高熵密度磁性材料這一概念是磁性材料用于制冷工程時(shí)提出的。它的特點(diǎn)是材料的磁熵發(fā)生變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)大的吸熱與放熱效應(yīng)，可以應(yīng)用于制冷技術(shù)中。利用磁性材料在經(jīng)歷磁相變時(shí)發(fā)生的磁熵變化，可以將高熵密度磁性材料作為磁蓄冷材料(magnetic regenerator material)，用于小型回?zé)崾降蜏貧怏w制冷機(jī)中。 這種制冷機(jī)的制冷溫度在4.2K～20K，一般用在高技術(shù)領(lǐng)域，例如可用于醫(yī)用核磁共振成象儀、磁懸浮列車和超導(dǎo)發(fā)電機(jī)中冷卻其大型超導(dǎo)磁鐵、用于量子干涉儀（SQUID）、射頻天文望遠(yuǎn)鏡的傳感器探頭和軍用紅外探測器中以提高其靈敏度，也可以用于低溫冷疑高真空泵中等等。以往這種制冷機(jī)中使用的蓄冷材料只有鉛。由于鉛的比熱容在15K以下急劇下降，使得小型制冷機(jī)在10K溫度以下制冷效率幾乎為零，制冷溫度難以低于8K。要得到低于8K的制冷溫度，只得附加效率極低的J-T回路。為了提高低溫制冷機(jī)的制冷效率，在過去的幾十年中，人們都在努力尋找在20K以下具有高比熱容的材料。具有實(shí)用價(jià)值的Er—Ni系列磁性蓄冷材料是在90年代初被發(fā)現(xiàn)的。這些材料用于制冷機(jī)中后，使制冷機(jī)的效率有了突破性提高。 磁性蓄冷材料的最大特點(diǎn)是不需要重新建立一個(gè)制冷體系，只要將商品化的氣體制冷機(jī)中的蓄冷材料換成磁性蓄冷材料，就可大大提高制冷機(jī)效果。因此磁蓄冷材料正在取代原來的蓄冷材料金屬鉛。而且由于磁性蓄冷材料的出現(xiàn)，推動(dòng)了低溫制冷機(jī)的發(fā)展。現(xiàn)在，不用灌液氦，用制冷機(jī)帶動(dòng)的醫(yī)用核磁共振成象儀和超導(dǎo)磁體已經(jīng)商品化。在這些新設(shè)備中，都必須使用磁蓄冷材料。