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北京工業大學在晶界滑動塑性原子機制方面取得重要進展，北京工業大學以第一完成單位在Science上發表了首篇論文——Tracking the sliding of grain boundaries at the atomic scale（原子尺度追蹤晶界滑動）。

自然界中，貴金屬金（Au）的塊體只能以其熱力學穩定結構面心立方(fcc)相存在。只有在納米尺度，利用濕法化學合成方法，人們才能獲得具有獨特光學性質的，密排六方hcp-4H結構的Au納米材料。雖然通過配體交換或外延生長貴金屬的方式，可以在溶液中誘導4H相的Au變為fcc結構，獲得更多的結構信息。但是，具體的結構性質和相轉變過程仍然無法確定。本工作利用金剛石對頂砧（DAC）技術對4H相的Au納米材料進行研究，探索其結構和相變過程，達到高壓貴金屬相工程的目的。? 高壓X射線衍射表明，壓力在1.2 – 26.1 GPa之間，Au的4H結構逐漸轉變為fcc相。同時，該過程的不可逆性使得貴金屬高壓相工程成為了可能。即通過控制最高壓力，獲得不同4H/fcc相含量的Au納米材料。同時，相比純4H相的Au納米帶，具有4H與fcc相交替多相結構的4H/fcc Au納米棒更容易發生高壓相變。這主要是由于4H/fcc多相Au納米棒中大量相邊界提供的相變成核位點，可以促進4H-fcc的相變過程。此外，課題組通過高分辨透射電子顯微技術和密度泛函理論（DFT）計算的結合，首次觀測到了原子尺度的Au相變路徑。發現Au由4H-fcc的相變機理為（-112）4H晶面的整平，并伴隨著密堆積方向的改變。這與以往觀測到的金屬高壓hcp-fcc相的相變機制完全不同。該工作不僅對Au納米結構的穩定性和相變提出了新的見解，而且提供了一種利用壓力來調控貴金屬納米材料晶相含量的新策略，該策略可用于研究基于晶相的催化、表面增強拉曼散射、波導、光熱療法、傳感、清潔能源等領域中。

一、 項目簡介鋁合金因重量輕、資源豐富、綜合性能好，所以在機械、交通運輸、航天與軍事工業等高新技術領域中的應用逐年增加。生產高質量的鋁合金，控制鑄錠組織是十分必要的，而控制其組織和性能的關鍵之一是獲得細小均勻的等軸晶。晶粒細化是近期國際上對傳統材料升級和創造新型合金的三大工藝手段之一。因此，可以運用細化晶粒的方法來提高合金的性能，從而滿足不斷發展的技術對高性能材料的需要。晶粒細化方法可分為內生形核質點法和外來形核質點法，內生形核法主要包括電磁作用、超聲波振動、快速凝固等方法，而外來形核質點法是通過向呂溶液中加入中間合金細化劑，產生異質形核核心，提高晶體的形核率，從而細化晶粒。在實際生產中，內生形核的幾種方法都有一定的局限性，如需要特殊的設備和工藝，成本較高等，因此，目前向鋁合金熔液中添加細化劑仍是細化晶粒最簡單有效的方法。目前，應用較為廣泛的鋁合金細化劑包括Al-Ti-B、Al-Ti-C等中間合金細化劑。Al-Ti-B的細化機理是Al-Ti-B加入到鋁合金熔液中，會與鋁熔體中的鋁反應生成Al3Ti、TiB2、AlB2等粒子，它們分散到整個合金熔液中并形核，從而起到晶粒細化作用。隨著鋁合金晶粒細化劑的多元化發展，人們通過向合金中加入稀土元素來提高細化效果和細化的長效性。稀土元素是表面活性物質，易在鋁或鋁熔液的晶界和相面上吸附偏聚，稀土的加入不僅能夠改善Al3Ti形核相的形態和分布，還能細化熔液中微粒尺寸，同時稀土還具有除氫、凈化鋁液的作用。鈧是一種稀土元素，Sc元素是優化鋁合金組織和性能的最有效的元素，Sc對Al有很強的彌散強化、晶粒細化作用，并可有效抑制Al的再結晶。Sc和Al相互作用的主要特征是共晶共格，Sc和Al生成的Al3Sc相與Al基體母相共格，對位錯及亞晶有極大的釘扎作用，阻止和抑制晶粒長大，促進晶粒細化，微量的鈧元素就能夠對鋁合金起到很好的晶粒細化效果。近年來，快速凝固技術在工業中得到了廣泛的應用，經過快速凝固處理后，金屬在液態中的溶解度得到擴大，材料各部位的組織更加緊密，凝固結晶會更加細小，晶粒的分布更加均勻，這些結構上的改變使材料擁有了更高的綜合性能，對工業生產具有重要的意義。本項目中的新型細化劑是在已有應用成熟的細化劑的基礎上，向其中添加微量稀土鈧元素，并結合快速凝固技術制備而成。將該新型細化劑加入到A356.2鋁合金后，合金微觀組織由原來粗大的樹枝狀晶粒變為細小的等軸晶，與已有的細化劑相比，其細化效果更加明顯，對合金力學性能有更大的提高。二、 項目技術成熟程度已完成實驗工作。實驗中，對比了A356.2鋁合金分別加入傳統鑄態Al-Ti-B、快速凝固Al-Ti-B、鑄態Al-Ti-B-Sc和快速凝固Al-Ti-B-Sc，結果發現，快速凝固Al-Ti-B-Sc中間合金對A356.2鋁合金具有最好的細化效果，微量稀土元素Sc的加入和快速凝固技術的使用使細化劑具有了更好的細化效果，經過該細化劑細化后鋁合金的力學性能會得到更大的提高。三、 技術指標本項目中，未細化前，A356.2 鋁合金的平均晶粒尺寸為120μm左右；加入傳統Al-Ti-B細化劑后，A356.2鋁合金的平均晶粒尺寸會細化至80μm左右；而加入該新型細化劑后鋁合金的細化劑會細化至30μm左右，可見，該新型細化劑對A356.2鋁合金細化效果非常明顯。經過該細化劑細化后，A356.2鋁合金的性能也有一系列的提高，硬度值由細化前的80HV增加到接近100HV。細化并熱處理后，抗拉強度由原來的300MPa增加到接近370MPa，延伸率由原來的4.5%可增加到5%以上。該項目中的相關內容已申報發明專利，申請號為20130644087.1，專利正在受理過程中。四、 市場前景鋁合金資源豐富，且具有良好的綜合性能，所以應用非常廣泛，向熔融鋁合金中加入中間合金來細化鋁合金的晶粒可以進一步提高合金的性能。隨著鋁合金應用的進一步廣泛，對鋁合金性能的要求也越來越高，該項目所涉及的內容在細化鋁合金內部組織，獲得性能更優異鋁合金具有非常突出的效果。該項目中的新型細化劑，在低壓鑄造鋁合金車輪的生產過程中將會有很好的市場前景，其對鋁合金車輪性能的提高能夠滿足更高的使用要求，隨著技術的不斷成熟，該新型細化劑很可能取代現在已有的應用成熟的鋁合金細化劑。五、 規模與投資需求六、 生產設備TECNO 90工業熔煉爐、快速凝固設備等生產設備及萬能拉伸試驗機、金屬分析儀、金相顯微鏡等檢測觀察設備。七、 效益分析由于該項技術屬本領域的新技術，較已有的技術相比有突出的優勢，按每年生產1000噸計算，可獲利約2000萬。八、 合作方式面談。九、 項目具體聯系人及聯系方式項目負責人：趙維民，電話：13370316780，  郵箱：wmzhao@hebut.edu.cn 。十、 附件：成果圖片 A356.2鋁合金細化前后的金相組織

針對車載氫能源的難題，開展納米結構鎂基合金復合材料儲氫研究，特別開展了 Mg 納米線的儲氫性能研究。 MgH2（7.6wt% H2）是理想的輕質儲氫材料之一，但其緩慢的吸放氫動力學和相對高的操作溫度，限制了它的發展。為了改善鎂基材料的儲氫性能，通過氣相傳輸的方法制備了不同形貌的 Mg 納米線。結果表明，改變載氣流速、傳輸溫度和沉積基底，可以控制 Mg 納米 10線的長度和直徑。測試結果顯示，Mg 納米線降低了脫附能壘，改善了熱力學和動力學性能。實驗結果顯示，直徑為 30-50nm 的 Mg 納米線具有良好的可逆儲放氫性能。 研究成果發表在 J. Am. Chem. Soc.，J. Phys. Chem. C，J. Alloys Compds 等期刊上，授權發明專利 2 項。

以大型薄壁結構雙激光束雙側同步焊接(DLBSW)工藝與裝備需求為牽引，開展高效激光焊接機理、技術、裝備研究，突破了激光焊接微觀熱-力-冶金機理、形性一體化精準調控技術，形成了首套雙激光束雙側同步焊接裝備，完成了國內首個激光焊接火箭貯箱的研制。 技術特征 面向航空航天大型復雜曲面薄壁結構，提出了焊縫組織形態三維解構方法、面向微區缺陷與性能的組織形態重構與參數體系化設計方法；提出了智能化建模技術，形成了面向航空航天型號產品的虛擬焊接體系。

成果描述：國內油氣田站場生產管線用鋼管腐蝕都十分嚴重，干擾正常生產，每年損失為3億，耗資巨大，主要腐蝕部位為管子接頭處。本成果研究出一種鐵基形狀記憶合金新型功能材料和管接頭部件的生產工藝，為油氣田提供了一種既耐腐蝕又密封耐高壓免焊接、免補口的管道連接的新技術，包括配套的新材料、新方法和新裝備。本成果也可用于化工流程、家用純凈水管道的方便連接。市場前景分析：石油天然氣站場管線、化工廠管道連接、機械裝備壓力油管、家用飲用水管的連接。與同類成果相比的優勢分析：1、鐵基形狀記憶合金管接頭抗拉強度≥700Mpa,屈服強度≥350Mpa，延伸率＞20%，回復應力＞200 Mpa。 2、良好的耐腐蝕性能，能抵抗油氣開采產生的深井地下水（鹵水）的腐蝕。 3、耐壓不低于20 Mpa，可滿足石油天然氣地面管線的要求。 4、相對于目前焊縫腐蝕壽命提高2～3倍。 5、接頭化學成分穩定，輸送的飲用水可達到直接飲用的衛生標準。 國際先進。

用于鋁及鋁合金的含釩細化劑,根據是否含碳或/和氮,有三種類型:1.鋁1～99%,釩0.7～82.5%,碳0.1～17.0%;2.鋁1～99%,釩0.7～81%,氮0.1～21.5%;3.鋁1～98%,釩0.7～83%,氮0.1～20%,碳0.1～18%。上述含釩細化劑的制備方法有五種,第一種和第三種制備方法的工藝步驟:(1)配料,(2)混合與成型,(3)燒結。第二種制備方法的工藝步驟:(1)配料,(2)鋁或鋁合金熔化,(3)澆鑄凝固。第四種和第五制備方法的工藝步驟:(1)配料,(2)混合與成型,(3)自蔓延合成。

本發明涉及一種含銅的耐熱鎂錫合金及其制備方法，該耐熱合金的組分由鎂、錫、銅、錳四種元素或鎂、錫、銅、錳和鋁五種元素組成；各組分的質量百分比為：錫：6～8％、銅：1.8～2.5％、錳：0.5～1％、鋁：0～2.5％，其余為鎂。該合金制備方法包括熔煉、均勻化及固溶熱處理、時效熱處理三個步驟。本發明合金組織由晶界連續分布的高熔點金屬間化合物和晶內均勻彌散析出的沉淀相組成，合金成分不含稀土元素和貴金屬元素，且熔煉工藝簡單。本發明合金晶界硬度可達140HV以上；在200℃下時效峰值時晶內基體硬度可達到78HV，時效700小時硬度仍保持在75HV左右，高溫組織穩定，耐蠕變性能好，具備商用潛力。

對稀土合金磁性材料的電磁輸運特性、變磁性轉變、自旋重定向及 其與之相關的結構相變等行為進行深入的實驗研究，重點關注其中 介觀尺度磁疇結構、相分離現象以及微觀電子結構等的衍變規律、 以及它們與宏觀電磁現象的關聯效應，深入理解稀土元素在其中發 揮的重要作用以及稀土合金材料的磁性作用機制，探究4f—3d電子 的相互作用機理，以達到探尋其微觀物理本質的目的；在此基礎上 ，進一步研究該類材料中的磁熱效應，為磁制冷技術的推廣與應用 提供可靠的實驗數據支持。 該項目的研究對象為先進功能材料，對于改善生活環境和節能減排 都具有一定的現實意義。 該項目已獲上海市自然基金項目立項支持。

以大型薄壁結構雙激光束雙側同步焊接(DLBSW)工藝與裝備需求為牽引，開展高效激光焊接機理、技術、裝備研究，突破了激光焊接微觀熱-力-冶金機理、形性一體化精準調控技術，形成了首套雙激光束雙側同步焊接裝備，完成了國內首個激光焊接火箭貯箱的研制。技術特征面向航空航天大型復雜曲面薄壁結構，提出了焊縫組織形態三維解構方法、面向微區缺陷與性能的組織形態重構與參數體系化設計方法；提出了智能化建模技術，形成了面向航空航天型號產品的虛擬焊接體系。應用范圍:已有合作與成效：（1）與中國商飛合作，完成C919機身壁板結構DLBSW仿真研究與樣件研制工作；（2）與上海航天技術研究院合作，將DLBSW技術應用于火箭燃料貯箱結構，成果完成了國內首個激光焊接火箭貯箱的研制工作；（3）與航天一院合作，開展新一代載人火箭貯箱箱底焊接變形控制研究。后續推廣：為將來重型運載火箭、大型寬體客機、戰略運輸/轟炸機、下一代戰斗機制造提供支持。