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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象，對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,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，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。

"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，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。在國家及省部級項(xiàng)目支持下，歷時十八年系統(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(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6年完成。采用先進(jìn)的活化工藝對原材料粉末進(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)舛妫诘刭|(zhì)勘探與石油領(lǐng)域可用于巖石破碎彈的藥型罩等。

改進(jìn)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(shù)，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(shù)改善材料強(qiáng)度和塑性。

/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)器人長時間焊接作業(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(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，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(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)。

微弧復(fù)合處理（MCC）技術(shù)將不需前處理的微弧氧化與靜態(tài)防護(hù)性能優(yōu)異的有機(jī)物涂裝技術(shù)相結(jié)合，在鋁、鎂合金表面制備具有高性能、多用途的陶瓷有機(jī)復(fù)合涂層，性能明顯優(yōu)于單一微弧氧化或傳統(tǒng)涂裝工藝。圍繞該技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)近年來主持國家自然科學(xué)基金、國家攻關(guān)、“863”技術(shù)及國際合作重點(diǎn)項(xiàng)目二十余項(xiàng)。