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本項(xiàng)目針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中存在的鋁合金機(jī)匣變色、耐磨性不夠高等困擾企業(yè)多 年的技術(shù)難題，經(jīng)過工藝改進(jìn)和優(yōu)化，開發(fā)出了納米尺度陽極氧化新技術(shù)，解決 了鋁合金機(jī)匣變色的技術(shù)難題。近5年來，采用納米陽極氧化新技術(shù)處理的鋁合 金機(jī)匣40余萬件，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益1200萬元，每年節(jié)約成本200萬元。同時(shí), 在節(jié)能排放方面產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益。

本發(fā)明公開了一種高溫合金機(jī)加工的輔助裝置，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)高 硬度的高溫合金工件進(jìn)行切削加工，屬于金屬切削加工技術(shù)領(lǐng)域，其 包括等離子加熱單元，夾持單元，切削力測(cè)量單元，以及測(cè)溫單元， 等離子加熱單元包括等離子發(fā)射噴頭，用于對(duì)高溫合金工件待切削位 置加熱以使之軟化而能進(jìn)行切削加工；夾持單元包括多個(gè)夾持板，所 述夾持板相對(duì)安裝以用于夾持等離子發(fā)射噴頭；測(cè)溫單元中的測(cè)力儀 用于與高溫合金工件接觸以測(cè)量其被切削時(shí)候承受的切削力的大小； 測(cè)溫單元的紅外攝像頭用于測(cè)量被所述等離子發(fā)射噴頭加熱的高溫合 金工件待切削位

臨床廣泛使用的骨科固定器械材料以鈦合金、不銹鋼等惰性金屬為主，而現(xiàn)有可降解吸收材料（如聚乳酸、羥基磷灰石等）力學(xué)性能較差，無法對(duì)承受較大載荷骨創(chuàng)傷部位進(jìn)行有效固定，應(yīng)用范圍有限。但惰性金屬材料存在需要二次手術(shù)取出或永久保存在體內(nèi)的問題。鎂合金被稱為革命性的植入材料，具有力學(xué)性能優(yōu)異、生物相容性好、可在生理環(huán)境中降解吸收等突出的優(yōu)勢(shì)。目前全世界醫(yī)用鎂合金研究者、以及美國(guó)FDA、中國(guó)國(guó)家藥監(jiān)局、歐盟藥監(jiān)機(jī)構(gòu)等均普遍認(rèn)為醫(yī)用鎂合金的發(fā)展已經(jīng)具備進(jìn)入臨床和實(shí)際應(yīng)用推廣階段，且部分可吸收鎂合金骨科器械已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。 本成果開發(fā)了系列化醫(yī)用鎂合金成分設(shè)計(jì)、組織與性能調(diào)控及其可控降解涂層技術(shù)。基于上述研究成果，研制的可吸收鎂合金骨科器械能在骨組織完成修復(fù)和再生過程后自行降解，降解產(chǎn)物鎂離子是人體必需元素，能促進(jìn)骨組織愈合，也避免了需要二次手術(shù)取出帶來的痛苦和經(jīng)濟(jì)壓力，臨床推廣便利，市場(chǎng)前景巨大，可適用于不同骨折內(nèi)固定的各種結(jié)構(gòu)形式骨釘、骨板等新產(chǎn)品。研究團(tuán)隊(duì)在可吸收醫(yī)用鎂合金材料及其復(fù)合材料與保護(hù)涂層技術(shù)開發(fā)方面已申請(qǐng)了15項(xiàng)發(fā)明專利，從醫(yī)用鎂合金熔煉、成分設(shè)計(jì)、加工、表面可降解復(fù)合涂層、到骨科器械的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)都有很好的發(fā)明專利保護(hù)。在已有的技術(shù)基礎(chǔ)上，可以快速形成所需結(jié)構(gòu)形式的可吸收骨科器械進(jìn)行動(dòng)物、臨床實(shí)驗(yàn)。

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(jì)提供了豐富的自由度而廣泛應(yīng)用于工程零件的制造。現(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(duì)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(jí)期刊《Acta Materialia》在線發(fā)表。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060在該項(xiàng)工作中，研究人員設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)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(duì)合金成分的進(jìn)一步微調(diào)，研究人員設(shè)計(jì)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(cuò)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(shí)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(cuò)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(chǎng)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(shí)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(shí)效8h的合金#5；曲線“#5-HT2”表示300℃時(shí)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(cuò)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(cuò)。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(shí)效工藝引入高密度層錯(cuò)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(jì)方法和熱處理工藝，推動(dòng)了SLM制造技術(shù)的工程應(yīng)用。

研發(fā)階段/n內(nèi)容簡(jiǎn)介：MC型多元低合金抗磨鑄鐵磨球是一種性能優(yōu)異的抗磨材料。該技術(shù)是將幾種具有不同功能的合金對(duì)鑄鐵進(jìn)行微量合金化，并采用特殊的變質(zhì)處理技術(shù)和先進(jìn)的激冷鑄造工藝，使生產(chǎn)出的鑄件具有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可靠，其材質(zhì)具有韌性和高硬度，不易破碎且耐磨等特點(diǎn)，可采用沖天爐、電爐熔煉，材質(zhì)不需熱處理，該材質(zhì)廣泛用于磨球、襯板等易磨件。該產(chǎn)品僅用于建材、電力、選礦、化工等行業(yè)的磨球一項(xiàng)，國(guó)內(nèi)每年消耗達(dá)100多萬噸。技術(shù)指標(biāo)：材質(zhì)硬度：HRC48-55；沖擊值：ak>5J/m2；破碎率：

以自主開發(fā)的超細(xì) / 納米 WC 類復(fù)合粉末為原料，基于目前國(guó)內(nèi)企業(yè)常用燒結(jié)設(shè)備，開發(fā)出特色燒結(jié)工藝，制備出不同粘結(jié)相含量和晶粒尺寸級(jí)別、性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的系列超細(xì)晶硬質(zhì)合金塊體材 料， 平均晶粒尺寸 200 － 500nm，硬度 HRA 90 － 93.5，斷裂韌性 12.0 － 20.0MPa.m1/2，橫向斷裂強(qiáng)度4500 － 5200MPa，性能得到國(guó)際著名硬質(zhì)合金企業(yè)和國(guó)內(nèi)權(quán)威資質(zhì)機(jī)構(gòu)檢測(cè)認(rèn)定。利用真空燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)等技術(shù)，結(jié)合原料粒徑匹配和燒結(jié)工藝優(yōu)化，制備出平均晶粒尺寸>8μm  的組織均勻、性能穩(wěn)定的超粗晶硬質(zhì)合金塊材，具有硬度 > HRA 90.0、斷裂韌性 >15.0 MPa.m1/2 的優(yōu)良力學(xué)性能。

“高性能稀土鎂合金薄板帶生產(chǎn)技術(shù)”項(xiàng)目是以北京市科委經(jīng)費(fèi)支持為起源、以國(guó)家“十二? 五”科技支撐計(jì)劃為發(fā)展，以北京科技大學(xué)與美國(guó)波音公司國(guó)際合作開發(fā)高性能稀土鎂合金等為基礎(chǔ)，逐步形成的一項(xiàng)特色科技成果。通過系統(tǒng)地研究鑄軋、擠壓板坯熱軋、鑄錠熱軋和熱處理過程中鎂合金組織演變機(jī)理與性能控制技術(shù)等，研發(fā)出具有高成形性能的稀土鎂合金；實(shí)現(xiàn)了高精度鎂合金板成卷軋制過程自動(dòng)化控制及精整、表面處理技術(shù)的開發(fā)，并完成了高精度鎂合金專用軋機(jī)機(jī)組及控制裝置的研發(fā)設(shè)計(jì)及應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上研發(fā)出高性能稀土鎂合金薄板帶生產(chǎn)工藝技術(shù)。

傳統(tǒng)鈦合金鑄造用陶瓷型芯材料如Al2O3、SiO2等材料存在易反應(yīng)、難脫芯,而高化學(xué)穩(wěn)定性的Y2O3、ZrO2等材料卻價(jià)格昂貴且難以脫芯。實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，開發(fā)了穩(wěn)定性較高、價(jià)格低和易水解的 CaO材料為主的鈦合金精密鑄造陶瓷型芯材料，先后開展了對(duì)CaO型芯的成分、結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝優(yōu)化等工作。為了解決CaO陶瓷型芯材料在生產(chǎn)放置中的潮解并進(jìn)一步改善其與鈦合金熔體的界面穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)利用溶膠-凝膠方法制備ZrO2/Y2O3包覆CaO陶瓷型芯材料的新技術(shù)，使陶瓷型芯具有殼-核結(jié)構(gòu)，有效降低了CaO型芯在放置期間的吸潮速率，同時(shí)也提高了陶瓷型芯材料與鈦合金熔體作用的化學(xué)界面穩(wěn)定性。目前，CaO型芯已在復(fù)雜鈦合金航空鑄件得到了試應(yīng)用，正致力于具有復(fù)雜內(nèi)腔的鈦合金精密鑄件的成型。該技術(shù)獲國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)。

鑄造方法、鑄造設(shè)備、鑄件熱處理工藝控制四個(gè)方面 進(jìn)行了研究和攻關(guān)，開發(fā)了 10項(xiàng)新技術(shù)，解決了國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域一系列重 要構(gòu)件的制造技術(shù)難題。其關(guān)鍵技術(shù)包括：高性能鑄造鋁合金的冶煉與 熔體處理技術(shù)，大型復(fù)雜薄壁鋁合金、鎂合金結(jié)構(gòu)件的反重力鑄造，系 列化反重力鑄造設(shè)備，以及其它鑄造工藝與輔助料的配料。性能指標(biāo)： 1. 從數(shù)10kg到2