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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和產業化示范基地，在致力于鎂合金腐蝕與防護機理和方法近14年的系統、深入研究基礎上，開發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工藝。其中，技術成熟、性能優異、應用效果和反應良好的“鎂合金耐磨、耐蝕高性能協合涂層技術”最為突出，已在我國的航空、航天、衛星、雷達、通訊、汽車、紡織等領域獲得廣泛應用?！皡f合涂層”不是傳統意義的涂層，而是采用特殊工藝將低摩擦系數的聚合物或者固體潤滑劑引入微弧氧化膜或者硬質鍍層之中，從而結合了原始膜層和引入物兩者的優點。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控，從而實現對氧化層微孔直徑、分布密度和膜層厚度的調控。協合涂層具有硬度高、強韌性好、耐磨耐蝕的優點。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 授權發明專利，可廣泛應用于航空、航天、衛星、雷達、通訊、汽車、紡織等領域，具有很大的經濟和社會效益潛力。知識產權類型:發明專利技術先進程度:達到國內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:國家高技術研究發展計劃、上海市科技創新行動重大項目

/space團隊研究開發了醫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。開發的醫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點，具有HA生長速度快，涂層形貌可控，涂層結晶度可調等優點。開發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，具有可設計性等優點。

隨著鋁合金結構和機器人自動化焊接的廣發應用，研發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，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、生產工藝及生產線二條。

采用注射成形工藝實現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），實現了復雜形狀增壓渦輪的近終成形。采用數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生的缺陷與機理。優化了注射成形工藝參數，得出最佳的注射成形工藝參數為：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、綜合力學性能優異等優點。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，渦輪尺寸與內部質量良好，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于鑄造性能，超速飛裂試驗停止在 225000轉/分與 225000 轉/分，增壓器拆檢的結果可知，超速飛裂試驗渦輪表現良好，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于鑄造渦輪，粉末注射成形渦輪與鋼軸聯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不俗，在鋼軸斷裂 21.5/22.5 萬轉的狀態下，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。

微弧復合處理（MCC）技術將不需前處理的微弧氧化與靜態防護性能優異的有機物涂裝技術相結合，在鋁、鎂合金表面制備具有高性能、多用途的陶瓷有機復合涂層，性能明顯優于單一微弧氧化或傳統涂裝工藝。圍繞該技術，項目團隊近年來主持國家自然科學基金、國家攻關、“863”技術及國際合作重點項目二十余項。

  發明了一種新的熱鍍鋅工藝，不同于傳統的溶劑法，不用助鍍劑實現熱鍍，沒有大量鋅煙、少鋅灰少鋅渣，除了熱鍍鋅還可以實現構件熱鍍合金鍍層，如Galfan、Galvalume、ZAM等合金。大幅度降低熱鍍鋅的成本，最高可降低70%以上。配合環保除銹劑使用可徹底解決批量熱鍍鋅的環保問題。下圖是利用環保熱鍍工藝做出的Galfan合金（鋅-5%鋁-稀土合金）樣品，這是迄今為止世界上還沒有做出來，也沒有相關標準。已經申報了三項有關熱鍍Galfan產品的標準：《鋼管熱浸鍍鋅-5%鋁-稀土合金》《鋼鐵制件熱鍍鋅-5%鋁-稀土合金鍍層技術要求及試驗方法》《緊固件熱鍍鋅-5%鋁-稀土合金層》。?資金需求： 建設100萬噸熱鍍鋅產業基地，需要投資10億元，在省級以上園區占地300畝，年產值15億元，純利潤5億元。用工1000人，裝卸料實現自動化后可減少600人用工。可出讓的股份比例：

  發明了一種新的熱鍍鋅工藝，不同于傳統的溶劑法，不用助鍍劑實現熱鍍，沒有大量鋅煙、少鋅灰少鋅渣，除了熱鍍鋅還可以實現構件熱鍍合金鍍層，如Galfan、Galvalume、ZAM等合金。大幅度降低熱鍍鋅的成本，最高可降低70%以上。配合環保除銹劑使用可徹底解決批量熱鍍鋅的環保問題。下圖是利用環保熱鍍工藝做出的Galfan合金（鋅-5%鋁-稀土合金）樣品，這是迄今為止世界上還沒有做出來，也沒有相關標準。已經申報了三項有關熱鍍Galfan產品的標準：《鋼管熱浸鍍鋅-5%鋁-稀土合金》《鋼鐵制件熱鍍鋅-5%鋁-稀土合金鍍層技術要求及試驗方法》《緊固件熱鍍鋅-5%鋁-稀土合金層》。資金需求： 建設100萬噸熱鍍鋅產業基地，需要投資10億元，在省級以上園區占地300畝，年產值15億元，純利潤5億元。用工1000人，裝卸料實現自動化后可減少600人用工。可出讓的股份

開發的新型快速時效響應型 Al-Mg-Si-Cu-Zn 系合金兼具優異沖壓成形性能（r>0.6，Δr<0.1）和彎邊性能（rmin/t≤0.6）以及高烤漆硬化增量，其模擬烤漆硬化增量達到 130-160MPa，室溫放置 45 天后的烤漆硬化增量仍可達 140MPa 以上，遠高于目前國內外所報道 Al-Mg-Si 系合金（包括商用 AA6016 和 AA6111合金）80-120MPa 的烤漆硬化增量。成功實現工業大鑄錠及 2m 以上寬幅薄板的制造，所獲薄板的成形性能、烤漆硬化性能均表現優異，成功沖制出典型汽車部件。成功開發出可熱處理強化的 Al-Mg-Zn 系合金及配套雙級時效/預時效-烤漆硬化處理工藝，使新型合金 H131 和 H321 態的強塑性高于 ASTM B928 對船用合金的要求，且綜合性能全面優于國外最先進的 AA5059 鋁合金，填補了我國高性能船用鋁板的技術空白。研發的系列 Al-Zn-Mg-Cu 合金具有與 AA7449、AA7085 和 AA7081 商用合金相當的強度和更高的斷裂韌性，部分性能優于美鋁開發的 AA7055 高強鋁合金；掌握中厚鋁板多道次、無翹曲連續異步軋制技術，顯著改善厚向組織性能均勻性，是解決中厚板心部難變形問題的關鍵技術；開發出適用于高強 7000 系鋁合金的高效短流程中間/最終形變熱處理加工工藝，明顯提升高強鋁合金薄板室溫拉伸塑性，其綜合性能比肩 HSLA、DP 及 TR 等汽車用鋼；開發的超低溫變形加工技術可將現有商用鋁合金及不銹鋼板帶的屈服強度提高 20-30%以上，綜合性能優于如 AK Steel/Outokumpu/太鋼等生產的薄板產品。

該合金是在ZL205A合金成分基礎上，通過微合金化與變質處理后獲得, 制備方法簡便，工藝簡單，便于操作。該合金具有密度小、比強度高等特點,延伸率比未變質合金分別提高11%和70%，而屈服強度基本沒有變化，同時具有更高的室溫塑性，可廣泛應用于航空、航天、汽車、機械等行業。隨著現代工業及鑄造新技術的發展 ,對鑄造鋁合金 ,尤其是具有特殊性能 ,如具有高強度、優良的耐磨性和耐腐蝕性的鑄造鋁合金 ,需求量越來越大。 主要性能指標：1. 抗拉強度為：450～480MPa；2. 延伸率為7～11 %；3. 屈服強度=330～350 MPa；室溫塑性：變形200%完好無損，變形300%時出現開裂。

低合金馬氏體球墨鑄鐵磨球的生產采用沖天爐或中頻感應電爐化鐵，金屬型或真空消失模（ V-EPC）鑄球，低溫回火生產工藝，鑄球中不加貴重合金元素。因此，具有設備投資少、生產成本低、工藝出品率高及生產率高等特點。產品性能、指標低合金馬氏體球墨鑄鐵磨球經力學性能檢測：σb≥1000Mpa， ak≥8.5J/cm2 ， HRC54-58, 且淬透性強， Ф100mm 磨球心部也能淬透。低合金馬氏體球墨鑄鐵磨球的耐磨性為普通碳素鍛鋼磨球的 4～6 倍，為貝