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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)輕合金精密成型國家工程研究中心是我國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:國家級(jí)計(jì)劃/專項(xiàng)類別:國家高技術(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)。

微弧復(fù)合處理（MCC）技術(shù)將不需前處理的微弧氧化與靜態(tài)防護(hù)性能優(yōu)異的有機(jī)物涂裝技術(shù)相結(jié)合，在鋁、鎂合金表面制備具有高性能、多用途的陶瓷有機(jī)復(fù)合涂層，性能明顯優(yōu)于單一微弧氧化或傳統(tǒng)涂裝工藝。圍繞該技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)近年來主持國家自然科學(xué)基金、國家攻關(guān)、“863”技術(shù)及國際合作重點(diǎn)項(xiàng)目二十余項(xiàng)。

  發(fā)明了一種新的熱鍍鋅工藝，不同于傳統(tǒng)的溶劑法，不用助鍍劑實(shí)現(xiàn)熱鍍，沒有大量鋅煙、少鋅灰少鋅渣，除了熱鍍鋅還可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件熱鍍合金鍍層，如Galfan、Galvalume、ZAM等合金。大幅度降低熱鍍鋅的成本，最高可降低70%以上。配合環(huán)保除銹劑使用可徹底解決批量熱鍍鋅的環(huán)保問題。下圖是利用環(huán)保熱鍍工藝做出的Galfan合金（鋅-5%鋁-稀土合金）樣品，這是迄今為止世界上還沒有做出來，也沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。已經(jīng)申報(bào)了三項(xiàng)有關(guān)熱鍍Galfan產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)：《鋼管熱浸鍍鋅-5%鋁-稀土合金》《鋼鐵制件熱鍍鋅-5%鋁-稀土合金鍍層技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》《緊固件熱鍍鋅-5%鋁-稀土合金層》。?資金需求： 建設(shè)100萬噸熱鍍鋅產(chǎn)業(yè)基地，需要投資10億元，在省級(jí)以上園區(qū)占地300畝，年產(chǎn)值15億元，純利潤5億元。用工1000人，裝卸料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后可減少600人用工。可出讓的股份比例：

  發(fā)明了一種新的熱鍍鋅工藝，不同于傳統(tǒng)的溶劑法，不用助鍍劑實(shí)現(xiàn)熱鍍，沒有大量鋅煙、少鋅灰少鋅渣，除了熱鍍鋅還可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件熱鍍合金鍍層，如Galfan、Galvalume、ZAM等合金。大幅度降低熱鍍鋅的成本，最高可降低70%以上。配合環(huán)保除銹劑使用可徹底解決批量熱鍍鋅的環(huán)保問題。下圖是利用環(huán)保熱鍍工藝做出的Galfan合金（鋅-5%鋁-稀土合金）樣品，這是迄今為止世界上還沒有做出來，也沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。已經(jīng)申報(bào)了三項(xiàng)有關(guān)熱鍍Galfan產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)：《鋼管熱浸鍍鋅-5%鋁-稀土合金》《鋼鐵制件熱鍍鋅-5%鋁-稀土合金鍍層技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》《緊固件熱鍍鋅-5%鋁-稀土合金層》。資金需求： 建設(shè)100萬噸熱鍍鋅產(chǎn)業(yè)基地，需要投資10億元，在省級(jí)以上園區(qū)占地300畝，年產(chǎn)值15億元，純利潤5億元。用工1000人，裝卸料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后可減少600人用工。可出讓的股份

開發(fā)的新型快速時(shí)效響應(yīng)型 Al-Mg-Si-Cu-Zn 系合金兼具優(yōu)異沖壓成形性能（r>0.6，Δr<0.1）和彎邊性能（rmin/t≤0.6）以及高烤漆硬化增量，其模擬烤漆硬化增量達(dá)到 130-160MPa，室溫放置 45 天后的烤漆硬化增量仍可達(dá) 140MPa 以上，遠(yuǎn)高于目前國內(nèi)外所報(bào)道 Al-Mg-Si 系合金（包括商用 AA6016 和 AA6111合金）80-120MPa 的烤漆硬化增量。成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)大鑄錠及 2m 以上寬幅薄板的制造，所獲薄板的成形性能、烤漆硬化性能均表現(xiàn)優(yōu)異，成功沖制出典型汽車部件。成功開發(fā)出可熱處理強(qiáng)化的 Al-Mg-Zn 系合金及配套雙級(jí)時(shí)效/預(yù)時(shí)效-烤漆硬化處理工藝，使新型合金 H131 和 H321 態(tài)的強(qiáng)塑性高于 ASTM B928 對(duì)船用合金的要求，且綜合性能全面優(yōu)于國外最先進(jìn)的 AA5059 鋁合金，填補(bǔ)了我國高性能船用鋁板的技術(shù)空白。研發(fā)的系列 Al-Zn-Mg-Cu 合金具有與 AA7449、AA7085 和 AA7081 商用合金相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和更高的斷裂韌性，部分性能優(yōu)于美鋁開發(fā)的 AA7055 高強(qiáng)鋁合金；掌握中厚鋁板多道次、無翹曲連續(xù)異步軋制技術(shù)，顯著改善厚向組織性能均勻性，是解決中厚板心部難變形問題的關(guān)鍵技術(shù)；開發(fā)出適用于高強(qiáng) 7000 系鋁合金的高效短流程中間/最終形變熱處理加工工藝，明顯提升高強(qiáng)鋁合金薄板室溫拉伸塑性，其綜合性能比肩 HSLA、DP 及 TR 等汽車用鋼；開發(fā)的超低溫變形加工技術(shù)可將現(xiàn)有商用鋁合金及不銹鋼板帶的屈服強(qiáng)度提高 20-30%以上，綜合性能優(yōu)于如 AK Steel/Outokumpu/太鋼等生產(chǎn)的薄板產(chǎn)品。

該合金是在ZL205A合金成分基礎(chǔ)上，通過微合金化與變質(zhì)處理后獲得, 制備方法簡(jiǎn)便，工藝簡(jiǎn)單，便于操作。該合金具有密度小、比強(qiáng)度高等特點(diǎn),延伸率比未變質(zhì)合金分別提高11%和70%，而屈服強(qiáng)度基本沒有變化，同時(shí)具有更高的室溫塑性，可廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械等行業(yè)。隨著現(xiàn)代工業(yè)及鑄造新技術(shù)的發(fā)展 ,對(duì)鑄造鋁合金 ,尤其是具有特殊性能 ,如具有高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐磨性和耐腐蝕性的鑄造鋁合金 ,需求量越來越大。 主要性能指標(biāo)：1. 抗拉強(qiáng)度為：450～480MPa；2. 延伸率為7～11 %；3. 屈服強(qiáng)度=330～350 MPa；室溫塑性：變形200%完好無損，變形300%時(shí)出現(xiàn)開裂。

低合金馬氏體球墨鑄鐵磨球的生產(chǎn)采用沖天爐或中頻感應(yīng)電爐化鐵，金屬型或真空消失模（ V-EPC）鑄球，低溫回火生產(chǎn)工藝，鑄球中不加貴重合金元素。因此，具有設(shè)備投資少、生產(chǎn)成本低、工藝出品率高及生產(chǎn)率高等特點(diǎn)。產(chǎn)品性能、指標(biāo)低合金馬氏體球墨鑄鐵磨球經(jīng)力學(xué)性能檢測(cè)：σb≥1000Mpa， ak≥8.5J/cm2 ， HRC54-58, 且淬透性強(qiáng)， Ф100mm 磨球心部也能淬透。低合金馬氏體球墨鑄鐵磨球的耐磨性為普通碳素鍛鋼磨球的 4～6 倍，為貝