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鋁及其合金是工程應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料之一。傳統(tǒng)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(tǒng)制造過程相關(guān)的工具設(shè)備增加了制造成本和交付周期。3D打印技術(shù)由于為制造設(shè)計提供了豐富的自由度而廣泛應(yīng)用于工程零件的制造?，F(xiàn)有3D打印技術(shù)中，選擇性激光熔化（SLM）是發(fā)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(dǎo)致只有有限數(shù)量的金屬適合該種工藝，且具備滿足要求的密度、微觀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。 中南大學(xué)粉末冶金研究院李瑞迪研究員和新西蘭奧克蘭大學(xué)、中車工業(yè)研究院有限公司等單位合作通過對合金元素進(jìn)行調(diào)控和熱處理工藝的探索，發(fā)展了一種適用于SLM制備工藝，具有良好抗裂性和高強(qiáng)度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相關(guān)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(fā)表。 在該項(xiàng)工作中，研究人員設(shè)計了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用霧化合金粉末進(jìn)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(fā)生熱裂紋，平均裂紋密度隨Mg含量的增加而增大。發(fā)現(xiàn)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(xì)化制備合金的微結(jié)構(gòu)，從而提高打印試樣的力學(xué)性能。 圖1：不同成分的打印樣品晶粒尺寸和形貌EBSD分析結(jié)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(xué)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(yīng)力應(yīng)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(jìn)一步微調(diào)，研究人員設(shè)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(xì)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(dú)特的9R相。試樣的拉伸強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到497MPa和11%。經(jīng)過時效處理后，試樣的拉伸強(qiáng)度達(dá)到550MPa，塑性在8%～17%之間。除了固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化和納米顆粒強(qiáng)化外，高密度層錯也有助于強(qiáng)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(xì)晶區(qū)TEM圖像：（a1-2）合金4的胞狀結(jié)構(gòu)；（a3-4）合金的柱狀結(jié)構(gòu)；（b1-5）合金（b2）的胞狀結(jié)構(gòu)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(xì)胞的干HAADF圖像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相應(yīng)EDX圖譜。 圖4：（a）SLM打印合金#5時效前后的拉伸應(yīng)力應(yīng)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(biāo)記區(qū)域的傅里葉逆變換圖像顯示出高密度位錯。 這項(xiàng)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(xì)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(xì)化晶粒，開發(fā)出了一種具有低熱裂敏感性和高強(qiáng)度的新型鋁鎂合金。這項(xiàng)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(shè)計方法和熱處理工藝，推動了SLM制造技術(shù)的工程應(yīng)用。

一種磁力攪拌的 CO2 激光-TIG 電弧復(fù)合焊接方法。本發(fā)明公開 了一種通過縱向磁場實(shí)現(xiàn)熔池磁力攪拌的方法，在 CO2 激光-TIG 電弧 復(fù)合焊接基礎(chǔ)之上增加縱向磁場實(shí)現(xiàn)焊接組織晶粒細(xì)化及能量耦合效 率提高的功能，其通過合理的功率、焦距、離焦量、氦保護(hù)氣體流量 等 CO2 激光工藝參數(shù)，鎢極直徑 D、弧長、焊接電流、氣體流量等 TIG 電弧工藝參數(shù)，以及磁感應(yīng)強(qiáng)度、頻率等縱向磁場工藝參數(shù)的設(shè)置， 提高了激光-電弧復(fù)合焊接的能量耦合效率及焊縫成形質(zhì)量。 

本項(xiàng)目通過完善結(jié)構(gòu)化焊接技術(shù)，研發(fā)視覺伺服機(jī)器人，研究焊縫圖像處理算法和爐筒與大小爐蓋的結(jié)構(gòu)以及密封槽的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化焊接制造藍(lán)寶石爐，使其爐體性能可靠、制造工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)高度自動化。本項(xiàng)目的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了如下的技術(shù)突破和創(chuàng)新：(1) 研發(fā)成功視覺伺服方法進(jìn)行焊接機(jī)器人的焊縫跟蹤控制，首次實(shí)現(xiàn)焊接環(huán)境的監(jiān)控。(2) 研究晶體生長爐加熱后對爐筒、大小爐蓋等部件密封性能的影響；合理布置了電極與抽氣管道裝置；獲得能在生產(chǎn)過程中安排合理的制作工藝和技術(shù)，保證晶體生長爐的密封性、粗糙度、同心度、平行度、垂直度達(dá)標(biāo)及產(chǎn)品量產(chǎn)的穩(wěn)定性。(3) 研發(fā)智能制造操作平臺，可對藍(lán)寶石爐進(jìn)行結(jié)構(gòu)化智能焊接。(4) 研發(fā)新型寶石爐，使藍(lán)寶石爐的智能焊接制造技術(shù)獲得突破性進(jìn)展。●應(yīng)用前景： 我國焊接自動化的市場容量在不斷擴(kuò)大，作為需求導(dǎo)向型行業(yè)，焊接自動化在工程機(jī)械和石油化工等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。此外，在提高勞動生產(chǎn)率、提升產(chǎn)品質(zhì)量和增強(qiáng)競爭力等方面，焊接自動化裝備作為重要的基礎(chǔ)裝備之一，對我國未來先進(jìn)制造技術(shù)的核心競爭力具有重要意義。而且對中國企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)能的焊接設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造升級，也將產(chǎn)生巨大的焊接自動化裝備需求，中國焊接自動化裝備市場已進(jìn)入高速發(fā)展階段。 

一種磁力攪拌的 CO₂激光 TIG 電弧復(fù)合焊接方法。本發(fā)明公開了一種通過縱向磁場實(shí)現(xiàn)熔池磁力攪拌的方法，在CO₂激光 TIG 電弧復(fù)合焊接基礎(chǔ)之上增加縱向磁場實(shí)現(xiàn)焊接組織晶粒細(xì)化及能量耦合效率提高的功能，其通過合理的功率、焦距、離焦量、氦保護(hù)氣體流量CO₂激光工藝參數(shù)，鎢極直徑 D、弧長、焊接電流、氣體流量等 TIG 電弧工藝參數(shù)，以及感應(yīng)強(qiáng)度、頻率等縱向磁場工

TIG填絲機(jī)器人焊接工作站是智能焊接技術(shù)中TIG焊接應(yīng)用型實(shí)訓(xùn)工作站。工作站采用數(shù)字化逆變TIG焊接電源、智能焊接機(jī)器人專用機(jī)器人TIG脈動填絲機(jī)、機(jī)器人TIG焊槍、柔性焊接工作臺、焊接任務(wù)包、教學(xué)資源等組成。設(shè)備可進(jìn)行TIG工藝論證、工藝調(diào)試、以及TIG機(jī)器人使用技巧。根據(jù)教學(xué)要求，開發(fā)不同的實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)模塊和應(yīng)用模塊，即可滿足智能程接技術(shù)相關(guān)學(xué)習(xí)，也能滿足企業(yè)測試打樣及工藝論證。 TIG填絲機(jī)器人焊接工作站按照全功能化、全模塊化、全信息化、近工業(yè)化的智能焊接機(jī)器人系統(tǒng)搭建，主要用智能焊接技術(shù)、TIG焊接工藝、工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)培訓(xùn)、應(yīng)用培訓(xùn)、技能訓(xùn)練、技能競賽等適合中職、高職、應(yīng)用型本科院校相關(guān)專業(yè)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)適合社培機(jī)構(gòu)技能人才培養(yǎng)培訓(xùn)。

鋁銅合金廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、車輛等工業(yè)領(lǐng)域，目前國內(nèi)外針對鋁銅合金焊接及增材專用材料主要為ER2319，鋁銅合金熔焊時焊縫金屬不僅易產(chǎn)生熱裂紋，而且焊縫的強(qiáng)度低、塑性差，影響了鋁銅合金作為焊接結(jié)構(gòu)件的推廣應(yīng)用；鋁銅合金沉積態(tài)組織不均勻性，晶粒組織較粗大，增材試樣性能較低。針對鋁銅合金焊接接頭及增材件性能較低，缺乏高性能的專用材料這一問題開展研究，開發(fā)一種高性能的鋁銅合金焊接和增材用焊絲，通過對鑄錠、焊絲及其增材試樣組織進(jìn)行觀察分析，系統(tǒng)研究Ti和Zr的含量對鋁銅合金微觀組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能影響，探索增材制造過程中的組織演變機(jī)制；深入研究非均質(zhì)形核核心的形貌、大小、分布以及其晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)，揭示Ti、Zr元素復(fù)合作用細(xì)化鋁銅合金組織機(jī)理，豐富和發(fā)展鋁合金細(xì)化理論，為高性能鋁銅合金焊接增材專用材料的研發(fā)提供一條新的思路，推動鋁銅合金在工業(yè)領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用。

基金屬間化合物原料成本較低，具有低比重、優(yōu)異的抗氧化、抗硫蝕等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于對強(qiáng)度要求不太高的中高溫氧化或硫蝕環(huán)境中，如有色冶煉廠和高濃度煙氣收塵設(shè)備及制酸系統(tǒng)中的煙氣凈化設(shè)備、轉(zhuǎn)化器、熱交換設(shè)備極板和殼體；汽車尾氣管、電廠排氣的煙氣管道等。從1991年起，孫祖慶教授及其研究小組在國家科技部863專家委員會、國家自然科學(xué)基金委及中國-福特基金的支持下，開展了系統(tǒng)工作。 主要創(chuàng)新性研究成果有以下幾點(diǎn)： 首次提出Fe3Al基合金的B2熱機(jī)械處理工藝，使合金在空氣中的室溫拉伸延伸率提高到15％以上。 通過自行開發(fā)的提高合金中高溫抗蠕變性能的處理工藝，研制成功Fe-28Al-XCr系金屬間化合物材料。申請兩項(xiàng)發(fā)明專利并已獲得批準(zhǔn)（專利號：ZL 93 1 14921.5）(專利號：ZL 93 1 21242.X)。 通過Cr, Ti, Mn, Ni, Mo等代位合金元素原子在Fe3Al基金屬間化合物合金亞點(diǎn)陣占位的中子衍射研究及交互作用能計算探討上述各元素對室溫塑性的影響。Fe3Al基合金熱加工過程中的變形織構(gòu)研究。 在解決了該系列合金采用傳統(tǒng)工藝制備大體積材料、并獲得薄板的基礎(chǔ)上，開展了超塑性行為、可焊性研究，并提出優(yōu)化的熱彎成型及焊接工藝。申請焊接發(fā)明專利一項(xiàng)，已公開（公開號：CN1251329A）。 Fe3Al基合金薄板在有色冶煉后處理含氧環(huán)境中的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果顯示了它比不銹鋼優(yōu)異的抗蝕性能。通過鑒定一項(xiàng)。 B2結(jié)構(gòu)Fe3Al單晶力學(xué)行為各向異性機(jī)理研究。不同取向單晶宏觀拉伸切應(yīng)力—切應(yīng)變曲線形式、各階段加工硬化行為與各滑移系的激活方式、晶體轉(zhuǎn)動及位錯組態(tài)的演變直接相關(guān)。 目前，有關(guān)Fe3Al基合金冶煉、熱加工、焊接及組織性能控制的技術(shù)已經(jīng)成熟，在普通鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的冶煉及軋制設(shè)備條件下，可以通過真空熔煉或非真空熔煉加電渣重熔工藝精煉來制備Fe3Al基合金鑄錠，通過鍛造及軋制設(shè)備生產(chǎn)各種規(guī)格的Fe3Al基合金板材；通過熱彎工藝及焊接工藝可獲得Fe3Al基合金焊管。

一、 項(xiàng)目簡介     將鋁合金作為陽極置于電解液中，施加電壓對其進(jìn)行微弧氧化，通電后合金表面通過微等離子體放電，在非法拉第區(qū)進(jìn)行復(fù)雜的熱化學(xué)、等離子化學(xué)和電化學(xué)過程，原位生成一層很薄的均勻絕緣氧化陶瓷層。該技術(shù)工藝簡單、處理效率高、成本低、無污染，獲得的陶瓷膜層具有很高的耐腐蝕、耐磨損、耐高溫的特點(diǎn)。對微弧氧化的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以獲得性能優(yōu)良的耐海水腐蝕陶瓷膜，其耐海水腐蝕性能是純鋁的4倍。微弧氧化陶瓷膜耐海水腐蝕性能大大提高，對其在海水中的腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析，主要影響因素為陶瓷膜的厚度和陶瓷膜在生產(chǎn)過程中生的裂紋和孔洞，因此需要對其進(jìn)行電沉積封孔，彌補(bǔ)這些缺陷。電沉積封孔后，陶瓷膜孔隙率大大降低，膜厚增加，復(fù)合涂層的耐腐蝕性能進(jìn)一步提高，是微弧氧化陶瓷膜的2倍，是純鋁的8倍。     當(dāng)前我國正在積極的發(fā)展海洋產(chǎn)業(yè)，耐海水腐蝕結(jié)構(gòu)材料將會獲得越來越多的應(yīng)用，因此耐海水腐蝕復(fù)合涂層可以大大的提高材料的壽命，從節(jié)能和環(huán)保兩個方面，可以獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。二、 項(xiàng)目技術(shù)成熟程度     微弧氧化復(fù)合涂層技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室條件下，生產(chǎn)的可重復(fù)性和穩(wěn)定性非常好，在實(shí)驗(yàn)室條件下，可以獲得100cm2的復(fù)合涂層，其耐腐蝕性能穩(wěn)定，是純鋁材料的8倍。三、 技術(shù)指標(biāo)     微弧氧化陶瓷膜厚度20-40μm，電沉積膜層厚度15μm，耐海水腐蝕性能是海水的8倍；四、 市場前景     船舶、海上石油平臺、海水養(yǎng)殖、海水制鹽等產(chǎn)業(yè)中需要大量的結(jié)構(gòu)材料，通過微弧氧化和電沉積復(fù)合技術(shù)，在金屬表面生成一種復(fù)合涂層，其耐腐蝕性能是鋁金屬的8倍，從節(jié)能和環(huán)保兩個方面，都具有很重要的意義。五、 規(guī)模與投資需求     投資規(guī)模1000 萬元，其中廠房3000平米，電力2500千瓦。     主要設(shè)備有大功率微弧氧化電源，清洗池、氧化池、恒溫冷卻設(shè)備、天車，機(jī)加工等設(shè)備。六、 生產(chǎn)設(shè)備微弧氧化生產(chǎn)線。七、 效益分析按每年生產(chǎn)30萬平米計算，產(chǎn)值3000萬元，可獲利約1000萬。八、 合作方式面談。九、 項(xiàng)目具體聯(lián)系人及聯(lián)系方式項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：曹曉明，電話：13902060727，聯(lián)系人：李世杰，電話：60208474  郵箱：[email protected] 。十、 附件：成果圖片圖1 封孔前后試樣浸泡海水45天后的腐蝕對比圖a. 微弧氧化試樣浸泡海水前；    b. 微弧氧化試樣海水腐蝕后；c. 微弧氧化+封閉處理試樣浸泡海水前；　d. 微弧氧化+封閉處理試樣海水腐蝕后圖2 不同試樣在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%NaCl溶液中的動電位極化曲線

利用超疏水性能，可以實(shí)現(xiàn)表面自清潔等功能。若在金屬材料表面上制備超 疏水結(jié)構(gòu)，開可以提高材料的耐腐蝕性能。為此，本項(xiàng)目分別在鋁合金、鎂合金 上制備了微納結(jié)構(gòu)、并制備了 ZnO、Ti02及石墨烯陣列的超疏水結(jié)構(gòu)，可望應(yīng)用 于金屬防腐、焊料的潤濕、太陽能電池表面的自清潔等方面。實(shí)施條件:需要有對零件進(jìn)行清洗、腐蝕和涂覆的場地和相應(yīng)設(shè)備。 預(yù)算:投入5-50萬，隨處理的零件的大小和數(shù)量而變。

針對車用空調(diào)鋁合金葉片需要的硬度和耐磨型的要求，開發(fā)了基于 Ni-Co-P三元合金與硬質(zhì)顆粒（Si N涂\A1203\Si02等的復(fù)合電鍍或復(fù)合化學(xué) 鍍層技術(shù)，產(chǎn)品性能與日本的表面處理技術(shù)相近，打破了日本對我國的技術(shù)封 鎖，目前該技術(shù)已在重慶某廠使用。市場及經(jīng)濟(jì)效益分析：