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懸賞金額：10萬元 發榜企業：深圳市豪龍新材料技術有限公司  需求領域：精細化工 產業集群：先進材料產業集群 技術關鍵詞：光刻樹脂; 光刻膠; 特種硅樹脂; 高性能硅橡膠; 紫外光固化技術

鋁及其合金是工程應用最廣泛的結構材料之一。傳統的鋁合金零件通過鑄造、鍛造和粉末冶金等方法制造，與這些傳統制造過程相關的工具設備增加了制造成本和交付周期。3D打印技術由于為制造設計提供了豐富的自由度而廣泛應用于工程零件的制造。現有3D打印技術中，選擇性激光熔化（SLM）是發展最為廣泛的方法之一。但是SLM工藝中的冶金缺陷如許多裂紋、球化和氣孔導致只有有限數量的金屬適合該種工藝，且具備滿足要求的密度、微觀結構和強度。 中南大學粉末冶金研究院李瑞迪研究員和新西蘭奧克蘭大學、中車工業研究院有限公司等單位合作通過對合金元素進行調控和熱處理工藝的探索，發展了一種適用于SLM制備工藝，具有良好抗裂性和高強度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相關論文以題為“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》在線發表。 在該項工作中，研究人員設計了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用霧化合金粉末進行3D打印制備。在沒有Si元素的情況下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制備過程中均易發生熱裂紋，平均裂紋密度隨Mg含量的增加而增大。發現在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能夠有效地抑制SLM過程中的熱裂紋，同時細化制備合金的微結構，從而提高打印試樣的力學性能。 圖1：不同成分的打印樣品晶粒尺寸和形貌EBSD分析結果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶體學取向用倒極圖（IPF）表示。 圖2：Mg和Si元素對試樣斷裂行為的影響。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉應力應變曲線。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的斷口SEM圖像。 通過對合金成分的進一步微調，研究人員設計了一種新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。這種新合金具有明顯的細化微觀組織，由亞微米胞體和胞體中存在的共晶Al3（Sc，Zr）納米粒子（2-15nm）和粒間Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直徑10-100nm）組成。打印試樣中形成了高密度的層錯和獨特的9R相。試樣的拉伸強度和延伸率分別達到497MPa和11%。經過時效處理后，試樣的拉伸強度達到550MPa，塑性在8%～17%之間。除了固溶強化、晶界強化和納米顆粒強化外，高密度層錯也有助于強化。 圖3：不同組分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印樣品的細晶區TEM圖像：（a1-2）合金4的胞狀結構；（a3-4）合金的柱狀結構；（b1-5）合金（b2）的胞狀結構是（b1）的暗場圖像；（b3-4）合金的柱狀組織#5；圖（a2），（a4），（b2）和（b4）顯示了晶間共晶組織；（b5）是SLM-printed Alloy#5細胞的干HAADF圖像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相應EDX圖譜。 圖4：（a）SLM打印合金#5時效前后的拉伸應力應變曲線。曲線“#5”表示打印合金#5；曲線“#5-HT1”表示360℃時效8h的合金#5；曲線“#5-HT2”表示300℃時效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2斷裂處拉伸試樣的透射電鏡顯示具有高密度位錯和SFs的變形組織。（c）沿[001]方向的變形亞晶中滑移帶和滑移方向的HRTEM圖像。（d）在（-100）面上用（c）圖中標記區域的傅里葉逆變換圖像顯示出高密度位錯。 這項研究成果通過在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精細打印微觀組織，獲得了無裂紋的打印合金成分。隨后通過熱處理時效工藝引入高密度層錯并細化晶粒，開發出了一種具有低熱裂敏感性和高強度的新型鋁鎂合金。這項工作提供了一種解決和消除SLM工藝中的冶金缺陷的鋁鎂合金成分設計方法和熱處理工藝，推動了SLM制造技術的工程應用。

本成果針對鎂合金生產與應用過程中的關鍵問題，成功開發了鎂合金目標 產品的集成應用技術和循環利用技術，打通了目標產品的合金開發、產品設計、 材料加工、產品生產、產品應用和合金廢料返回利用的整個技術鏈條和循環過程。 主要創新成果為：1）發明了一批高品質鎂合金。2）開發和發明了高質量鑄造產 品高效環保加工技術和成套的型材擠壓技術，成功制備了世界上最大規格的中 空型材；大幅度提高了鑄件的成品率。3）首次創新開發了 “重質夾雜逆向自凈 化”的“反向"過濾技術和成套裝備，攻克了過濾精煉能力快速衰減的國際難題。 4）建立了鎂合金材料及產品服役性能數據庫，開發了專家預測系統及先進的鎂 產品開發技術系統，建成了國內外第一個綜合性的“鎂合金材料替換設計及產品 應用技術開發平臺"，解決了鎂產品推廣應用中新材料和新產品脫節的瓶頸問題。 成功開發了 200余款（種）鎂合金及鑄造產品、300多種規格高品質鎂合金 管型材和兩大系列鎂合金氣體保護熔鑄和廢鎂回收再生裝備，已在1000多萬輛 汽車得到成功應用，并已成功裝備軌道交通工具及軍工關鍵裝備上。節能效益非 常明顯，創造了顯著的經濟效益和社會效益。

本項目針對實際生產中存在的鋁合金機匣變色、耐磨性不夠高等困擾企業多 年的技術難題，經過工藝改進和優化，開發出了納米尺度陽極氧化新技術，解決 了鋁合金機匣變色的技術難題。近5年來，采用納米陽極氧化新技術處理的鋁合 金機匣40余萬件，產生直接經濟效益1200萬元，每年節約成本200萬元。同時, 在節能排放方面產生了巨大的社會效益。

催化劑技術的進步關系到現代化學工業的興衰，其中酸、堿催化劑的使用涉及了三分之一以上的化工生產過程，廢水處理、設備腐蝕、固液殘渣處理等問題，必須從技術源頭上才可能根本解決。本項目技術突破傳統分子篩類、金屬氧化物、酸堿性樹脂類“固體催化劑”的限制，設計開發了一系列酸或堿強度、密度可以調變的復合固體酸、固體堿催化劑，可以在較寬的反應溫度條件下穩定使用，覆蓋 60?300℃工況條件。一方面替代液體酸或揮發性酸（硫酸、磷酸、有機磺酸、氫氟酸、三氯化鋁等），或腐蝕性堿（苛性堿、醇堿）、有機堿（胺）催化劑在傳統化工生產中的應用；另一方面，利用固體成型獨特的物化性質和工況適應性，配套結構型反應器、催化精餾反應器發展了具有自主知識產權的高端化工成套技術。

成果描述：本成果研發出一款具有中介高Q值的微波介質材料，主要參數滿足： 介電常數：45±5% Qf：≥35000 溫度系數：≈0 ppm/℃市場前景分析：該材料主要應用于介質加載的腔體濾波器中，可將傳統基于金屬腔的腔體濾波器體積縮小一半左右，在通信基站等領域有非常廣泛的應用前景。與同類成果相比的優勢分析：目前國內有兩三家企業在生產類似的產品，但與日本京瓷等公司的同類型產品在性能上還有一定的差距，本成果研發材料接近日本京瓷產品指標，成本上有很大的優勢。

本項目主要依托東北大學近十年來在加壓冶金裝備和超高強韌、耐蝕高氮不銹鋼品種開發方面的長期技術積淀，投資工業化規模的加壓冶金裝備（一臺1噸的加壓感應爐和一臺5噸的加壓電渣爐），聯合開發和生產超高強韌、耐蝕高氮不銹鋼材料系列，用于制造航空航天、軍工、高端裝備制造用高端軸承、海洋工程耐海水腐蝕部件、醫用生物材料、高端醫療工具、民用特種刀具、特種塑料模具和高端閥門等。目前該項目在國內屬于首創。 高氮耐蝕塑料模具鋼M303、M333（0.1%N）和M340（0.2%N），其組織更均勻細小，同時具有最佳的拋光性能以及極佳的耐腐蝕性能、良好的韌性、加工性能和尺寸穩定性，可高端耐蝕鏡面塑料模具市場需求。P900N（18Cr-18Mn-0.9N）和P900NMo（18Cr-18Mn-2Mo-0.9N）和P2000（16Cr-14Mn-3Mo-0.9N ）該類鋼具有高的屈服強度和塑性，良好的耐腐蝕性能特別是耐應力腐蝕和低的導磁性能，強度級別更高的P900N、P900NMo和P2000在航母、潛艇和各種艦船上的大型電機用護環以及航母彈射器上用的護環制備中具有廣泛的應用前景，同時P2000可以用與人體植入材料、以及高強緊固件。 Fe-Cr-Mn-N系高氮奧氏體不銹鋼（氮含量0.8-1.5wt%），其無磁性而大幅提高武器裝備的隱蔽能力和抗磁干擾能力，其優良抗彈性能和高防護系數，同時兼有優良的耐蝕性能，可作為兩棲坦克的高強結構材料和兩棲裝甲的理想防護材料，為裝甲鋼方面的發展添加了一條新途徑。Fe-Cr-Ni-N體系的高氮不銹鋼具有優異的耐應力腐蝕性能和高的屈服強度，可應用于壓力水（PWR）和沸騰水（BWR）核反應的冷卻材料。因此，在核動力航母和核潛艇上也將有潛在的應用。目前東北大學已成功開發出制備超高強韌、耐蝕高氮不銹鋼的加壓冶金關鍵設備和核心工藝技術，并實驗室規模成功制備性能優異的高氮馬氏體不銹鋼Cronidur30、M303、M333和M340，高氮奧氏體不銹鋼P900N、P900NMo和P2000等，已經基本完成了航空用軸承、高端耐蝕塑料模具、生物植入器件和高強緊固件等用材料的實驗室規模試制。

近年來，食品安全、環境污染、大規模傳染性疾病等威脅到人類身體健康和生命安全的問題頻發，社會各界高度關注。應對這些影響人類健康和生命安全的社會公共問題，發展快速高靈敏的檢測技術顯得尤為重要。我們研究組長期從事生物芯片檢測技術研究，可以在直徑為3~5英寸基片上生長出均勻的納米基底，適于大規模生產，其表面增強拉曼光譜（SERS）的增強因子高達十的九次方。生產出的基片重復度高，可用于生化分子檢測快捷（檢測時間小于1分鐘）。幾年來，我們開發出了一系列不同的基底和檢測平臺，并將其用于病毒、病菌、毒素和藥物等的檢測，取得了多項美國專利，可彌補國內生物檢測芯片發展緩慢的不足