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與某車輛廠合作，在江蘇省十五重大攻關項目“模塊化鋁合金地鐵車體開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”（No.BE2004016）資助下，以新型高速地鐵列車為研究對象，對模塊化鋁合金地鐵車體開發(fā)的關鍵技術進行了深入廣泛的研究。主要研究成果： 模塊化鋁合金車體零、部件和總成的CAE建模、模型修正，各種載荷下的強度、剛度、疲勞、模態(tài)分析。以提高車體的綜合動態(tài)性能為目標的整車車身結構優(yōu)化設計，為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的軌道車輛，提高我國地鐵車輛設計水平奠定了理論基礎。 采用數(shù)值模擬方法，在虛擬環(huán)境下進行車輛的碰撞性能仿真分析，獲得了較可靠的軌道車輛耐碰撞結構設計，從而有效地保護乘客在撞擊事故中的生命安全。 司機室頭部流線型概念設計、動力學分析與優(yōu)化及外觀美化設計，不僅運行阻力小, 節(jié)約能源，而且美觀流暢，反映時代特征和城市風貌。 建立鋁合金車體零、部件和總成結構動態(tài)優(yōu)化設計CAD/CAE信息集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及車體快速開發(fā)平臺,以支持新車體的開發(fā)。

鎂鋰合金及其復合材料具有高的比強度和比剛度、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)品等領域有著廣闊的應用前景。 本項目研制了鎂鋰基合金及其復合材料的設計技術、熔煉技術、成型工藝和表面處理技術，設計開發(fā)了具有超輕（密度約為1.5g/cm3）、高強（抗拉強度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高穩(wěn)定性的稀土金屬間化合物增強Mg-Li基復合材料，建立了鎂鋰合金及其復合材料全鏈條中試制備平臺，部分產(chǎn)品樣品已經(jīng)在航空航天、單兵裝備等領域獲得試用。

化石能源的枯竭和環(huán)境污染問題是推動全球新能源開發(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)點引起了人們的廣泛關注。貯氫合金是發(fā)展歷史最長、技術最為成熟的儲氫介質(zhì)，在體積儲氫密度、工作溫度、工作壓力、吸放氫動力學性能和安全性等方面都具有優(yōu)勢。 常用的AB5、AB2及AB型儲氫合金的儲氫量一般都不超過2wt%，限制了其工程應用。釩鈦基儲氫合金具有超過3.8wt%的理論貯氫量，常溫附近放氫量可接近3.0wt%，熱力學及動力學性能良好，有望在燃料電池驅(qū)動的器件上得到廣泛應用。 在863和各級省市政府支持下，已經(jīng)形成如下技術成果： 1.形成了具有自主知識產(chǎn)權的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)可用價廉的FeV80中間合金制備，相對于用純金屬釩制備，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，部分合金298K放氫量超過2.5wt%，278K吸氫后333K放氫量超過3.0wt%，是目前已見報道的含F(xiàn)e的低成本釩鈦基儲氫合金中0.01MPa截止壓下放氫量最高的。 主要技術指標：1.298K下吸氫量大于3.6wt%。 2.截止壓力為0.01MPa時，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%。 應用范圍：近年來，用質(zhì)子交換膜燃料電池驅(qū)動的便攜電源、不間斷電源、燃料電池自行車、三輪代步車等在國內(nèi)外市場上悄然興起，氫燃料電池汽車、潛艇等技術也逐漸成熟并形成市場，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)展的關鍵材料之一。傳統(tǒng)鋁合金強度隨溫度升高急劇降低，350℃抗拉強度僅為室溫的25%左右，遠不能滿足現(xiàn)代汽車交通、海洋船舶動力裝備、重型裝甲武器、先進空天飛行器等越來越苛刻服役環(huán)境對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、耐熱相構型不可控是制約鋁合金耐熱性提升的關鍵共性難題。 本項目獲得2016年度山東省技術發(fā)明一等獎，從源頭上著手，以熔體結構調(diào)控為突破口，發(fā)明納米晶種材料及其應用技術，調(diào)控基體與耐熱相空間構型，提出鋁合金高溫強化新思路。磷、碳、氮與鋁熱力學上可形成高熔點晶種型化合物，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構易演變，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。在國家及省部級項目支持下，歷時十八年系統(tǒng)研究，形成以下技術發(fā)明： ◆ 耐高溫鋁合金復合材料（SD-HRSAl-1）：該材料制造的攪拌器在800℃溫度以下的鋁熔體中長時間服役不發(fā)生蠕變。表明該材料不僅耐高溫，而且可耐鋁熔體侵蝕。 ◆ 耐熱高強鋁合金材料（SD-HRSAl-2）：該材料具有顯著突出的高溫強度，350℃抗

北京科技大學材料科學與工程學院研究開發(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，本項目得到了國家自然科學基金、國防預研基金等大力支持與資助，歷時6年完成。采用先進的活化工藝對原材料粉末進行處理，再采用特殊的固結手段，制備出的W-Cu、Mo-Cu合金性能達到了國際先進水平。它兼有鎢（或鉬）與銅的綜合性能，例如高的導熱性、優(yōu)異的高溫強度、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/℃，熱導率為182Wm-1K-1，彈性模量為274.6GPa，全部達到或超過了進口件的性能，已用于我國國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域得到廣泛的應用。例如在電子通訊領域可以用于散熱與熱沉材料、電子封裝材料，在工業(yè)電氣領域可以用于真空觸頭，在航空航天領域可用于尾部噴管喉襯、燃氣舵，在地質(zhì)勘探與石油領域可用于巖石破碎彈的藥型罩等。

改進鋁型材時效處理工藝，鋁合金的斷后伸長率比普通時效工藝下變大（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，選擇合理工藝參數(shù)，提高鋁合金成形質(zhì)量；采用等溫擠出技術改善材料強度和塑性。

項目成果/簡介:鎂合金的腐蝕與防護是鎂合金應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用前景的關鍵問題之一。上海交通大學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機理和方法近14年的系統(tǒng)、深入研究基礎上，開發(fā)出了一系列功能獨特、裝飾性好的鎂合金表面處理技術及其生產(chǎn)工藝。其中，技術成熟、性能優(yōu)異、應用效果和反應良好的“鎂合金耐磨、耐蝕高性能協(xié)合涂層技術”最為突出，已在我國的航空、航天、衛(wèi)星、雷達、通訊、汽車、紡織等領域獲得廣泛應用。“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，從而結合了原始膜層和引入物兩者的優(yōu)點。該種涂層與基體金屬的表層形成一個整體，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。本項目對鎂合金微弧氧化處理的“火花”大小和密度可進行調(diào)控，從而實現(xiàn)對氧化層微孔直徑、分布密度和膜層厚度的調(diào)控。協(xié)合涂層具有硬度高、強韌性好、耐磨耐蝕的優(yōu)點。該項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 授權發(fā)明專利，可廣泛應用于航空、航天、衛(wèi)星、雷達、通訊、汽車、紡織等領域，具有很大的經(jīng)濟和社會效益潛力。知識產(chǎn)權類型:發(fā)明專利技術先進程度:達到國內(nèi)領先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級計劃/專項類別:國家高技術研究發(fā)展計劃、上海市科技創(chuàng)新行動重大項目

/space團隊研究開發(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，涂層與基體結合強度超過50MPa，涂層性能遠超高目前臨床應用HA涂層與基體的結合強度。開發(fā)的醫(yī)用鈦合金電化學沉積羥基磷灰石涂層結合了水熱法和電化學沉積法的優(yōu)點，具有HA生長速度快，涂層形貌可控，涂層結晶度可調(diào)等優(yōu)點。開發(fā)的原位合成法鈦基復合材料具有制備工藝簡單，增強體與基體界面結合良好，增強體在基體中分布均勻，具有可設計性等優(yōu)點。

隨著鋁合金結構和機器人自動化焊接的廣發(fā)應用，研發(fā)出適應機器人焊接的新型高強鋁合金系列焊絲，可滿足機器人長時間焊接作業(yè)，送絲流程。通過熔池小冶金，可進一步提高焊縫強度。該技術包括 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現(xiàn)復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)注射成形渦輪對零件壁厚的要求，選擇 ?52mm 渦輪作為研制對象，并完成了中空蝸輪的結構設計及可靠性校驗，中空孔徑確定為 ?5mm，孔深 25mm，如圖 1 所示。對比分析實芯渦輪和中空渦輪的離心應力分布可知，采用中空結構的渦輪，其應力分布較原始渦輪應力分布一致，但渦輪離心應力有所增大，中空結構渦輪的最大離心應力為 626MPa，較原始渦輪增加了 20.4%。渦輪采用中空設計后，自振頻率變化很小，頻率平均變小 0.167%，可近似認為沒有變化。中空結構增壓渦輪不僅達到了減輕重量的目的，而且大幅度減小了燒結變形。設計了側向抽芯模具結構（如圖 2 所示），實現(xiàn)了復雜形狀增壓渦輪的近終成形。采用數(shù)值模擬方法對注射成形充模過程進行了模擬，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。通過燒結+熱等靜壓工藝獲得高致密度的粉末高溫合金，具有晶粒細小、顯微組織均勻、綜合力學性能優(yōu)異等優(yōu)點。MIM418 合金 1230℃真空燒結相對密度為 97%，熱等靜壓后的樣品接近全致密。圖 1 實芯渦輪和中空結構渦輪圖 2 側向抽芯模具結構圖 3 渦輪注射填充過程模擬經(jīng)過 1200℃固溶/空冷、750℃時效，MIM418 抗拉強度達到 1425MPa，屈服強度為1004MPa，延伸率達到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試要求的渦輪，渦輪尺寸與內(nèi)部質(zhì)量良好，達到裝機測試要求。渦輪樣品在無錫威孚英特邁渦輪增壓器公司進行了臺架實驗，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到 18噸，遠高于鑄造渦輪與鋼軸的焊接強度。轉(zhuǎn)速相同時，粉末注射成形渦輪部件測頻一致性和氣動性能渦端一致性均優(yōu)于鑄造性能，超速飛裂試驗停止在 225000轉(zhuǎn)/分與 225000 轉(zhuǎn)/分，增壓器拆檢的結果可知，超速飛裂試驗渦輪表現(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)結強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)。