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與某車輛廠合作，在江蘇省十五重大攻關(guān)項(xiàng)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(duì)象，對(duì)模塊化鋁合金地鐵車體開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(qiáng)度、剛度、疲勞、模態(tài)分析。以提高車體的綜合動(dòng)態(tài)性能為目標(biāo)的整車車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，為開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軌道車輛，提高我國地鐵車輛設(shè)計(jì)水平奠定了理論基礎(chǔ)。 采用數(shù)值模擬方法，在虛擬環(huán)境下進(jìn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而有效地保護(hù)乘客在撞擊事故中的生命安全。 司機(jī)室頭部流線型概念設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)分析與優(yōu)化及外觀美化設(shè)計(jì)，不僅運(yùn)行阻力小, 節(jié)約能源，而且美觀流暢，反映時(shí)代特征和城市風(fēng)貌。 建立鋁合金車體零、部件和總成結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)CAD/CAE信息集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及車體快速開發(fā)平臺(tái),以支持新車體的開發(fā)。

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

化石能源的枯竭和環(huán)境污染問題是推動(dòng)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(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。貯氫合金是發(fā)展歷史最長(zhǎng)、技術(shù)最為成熟的儲(chǔ)氫介質(zhì)，在體積儲(chǔ)氫密度、工作溫度、工作壓力、吸放氫動(dòng)力學(xué)性能和安全性等方面都具有優(yōu)勢(shì)。 常用的AB5、AB2及AB型儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫量一般都不超過2wt%，限制了其工程應(yīng)用。釩鈦基儲(chǔ)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(xué)及動(dòng)力學(xué)性能良好，有望在燃料電池驅(qū)動(dòng)的器件上得到廣泛應(yīng)用。 在863和各級(jí)省市政府支持下，已經(jīng)形成如下技術(shù)成果： 1.形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(jià)廉的FeV80中間合金制備，相對(duì)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(yīng)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(shí)，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(bào)道的含F(xiàn)e的低成本釩鈦基儲(chǔ)氫合金中0.01MPa截止壓下放氫量最高的。 主要技術(shù)指標(biāo)：1.298K下吸氫量大于3.6wt%。 2.截止壓力為0.01MPa時(shí)，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(yīng)用范圍：近年來，用質(zhì)子交換膜燃料電池驅(qū)動(dòng)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(chǎng)上悄然興起，氫燃料電池汽車、潛艇等技術(shù)也逐漸成熟并形成市場(chǎng)，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(guān)鍵材料之一。傳統(tǒng)鋁合金強(qiáng)度隨溫度升高急劇降低，350℃抗拉強(qiáng)度僅為室溫的25%左右，遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代汽車交通、海洋船舶動(dòng)力裝備、重型裝甲武器、先進(jìn)空天飛行器等越來越苛刻服役環(huán)境對(duì)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(gòu)型不可控是制約鋁合金耐熱性提升的關(guān)鍵共性難題。 本項(xiàng)目獲得2016年度山東省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，從源頭上著手，以熔體結(jié)構(gòu)調(diào)控為突破口，發(fā)明納米晶種材料及其應(yīng)用技術(shù)，調(diào)控基體與耐熱相空間構(gòu)型，提出鋁合金高溫強(qiáng)化新思路。磷、碳、氮與鋁熱力學(xué)上可形成高熔點(diǎn)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(jié)構(gòu)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(jí)項(xiàng)目支持下，歷時(shí)十八年系統(tǒng)研究，形成以下技術(shù)發(fā)明： ◆ 耐高溫鋁合金復(fù)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(zhǎng)時(shí)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(qiáng)鋁合金材料（SD-HRSAl-2）：該材料具有顯著突出的高溫強(qiáng)度，350℃抗

本發(fā)明公開了一種牙科用鈦合金材料，合金成分包括鈦、鋯、銅和微量元素，Zr的重量百分比為5～15％，Cu的重量百分比為1～5％，微量元素M的重量百分比為0.05～0.5％，Ti余量。所包括的微量元素M根據(jù)性能匹配的要求可調(diào)節(jié)，至少為鋰或稀土元素鑭、鈰中的一種；其相結(jié)構(gòu)為主相α和少量的β相。材料的性能指標(biāo)如下：維氏硬度為260-320，抗壓強(qiáng)度為1300-2000MPa。

北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金、國防預(yù)研基金等大力支持與資助，歷時(shí)6年完成。采用先進(jìn)的活化工藝對(duì)原材料粉末進(jìn)行處理，再采用特殊的固結(jié)手段，制備出的W-Cu、Mo-Cu合金性能達(dá)到了國際先進(jìn)水平。它兼有鎢（或鉬）與銅的綜合性能，例如高的導(dǎo)熱性、優(yōu)異的高溫強(qiáng)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(dǎo)率為182Wm-1K-1，彈性模量為274.6GPa，全部達(dá)到或超過了進(jìn)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(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。例如在電子通訊領(lǐng)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(lǐng)域可以用于真空觸頭，在航空航天領(lǐng)域可用于尾部噴管喉襯、燃?xì)舛?，在地質(zhì)勘探與石油領(lǐng)域可用于巖石破碎彈的藥型罩等。

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(rùn)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(zhǎng)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(zhǎng)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)。