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2018年國家技術(shù)發(fā)明二等獎 電網(wǎng)是我國經(jīng)濟發(fā)展的命脈，架空輸電導(dǎo)線作為電力輸送的“血管”是電網(wǎng)中用量最大、最關(guān)鍵的組成部分之一。導(dǎo)線的導(dǎo)電率每提升1%IACS，全國每年節(jié)約線損超70億千瓦時。特高壓、遠距離、大容量輸電和清潔能源利用的發(fā)展，對架空導(dǎo)線的導(dǎo)電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升導(dǎo)電率與同時提高強度和耐熱性之間存在矛盾，導(dǎo)致我國電網(wǎng)建設(shè)急需的特種導(dǎo)線難以滿足工程需求。上海交通大學(xué)孫寶德教授團隊與江蘇中天科技集團合作，經(jīng)十余年研究，取得以下創(chuàng)新性成果： 1.發(fā)明了耐熱高導(dǎo)Al-Zr-Y合金材料及微結(jié)構(gòu)調(diào)控工藝，解決了耐熱相粗大和溶質(zhì)鋯(Zr)原子析出不充分的難題，使導(dǎo)電率從60% IACS提高到60.8%IACS，耐熱溫度從150℃提高到210℃。研制的耐熱鋁合金導(dǎo)線電網(wǎng)改造工程中獲得大量應(yīng)用，占國內(nèi)耐熱導(dǎo)線40%市場份額； 2. 發(fā)明了高強抗疲勞Al-Mg-Si導(dǎo)線，解決了強化相調(diào)控和超細夾雜去除的難題，顯著提高了材料的抗疲勞性能，在運行張力增大的條件下，振動疲勞壽命超過3000萬次。研制的特種大跨越導(dǎo)線和全鋁合金節(jié)能導(dǎo)線，占國內(nèi)30%市場份額，特別是大跨越導(dǎo)線，幾乎包攬了國家電網(wǎng)大跨越工程； 3. 發(fā)明了高效除氫、活性涂層陶瓷過濾和新型細化劑制備等導(dǎo)線冶金質(zhì)量控制技術(shù)，解決了微量雜質(zhì)元素與氣體去除的難題，實現(xiàn)了電工鋁導(dǎo)線的導(dǎo)電率從61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型節(jié)能導(dǎo)線在特高壓工程中獲得大量應(yīng)用。 上述成果依托國家973項目、國家自然科學(xué)基金、上海市節(jié)能減排專項等項目，共獲得19項中國發(fā)明專利，1項美國專利和25項實用新型專利，發(fā)表論文49篇。成果在特高壓電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)增容改造、新能源并網(wǎng)發(fā)電、電網(wǎng)領(lǐng)域節(jié)能減排中發(fā)揮重要的作用，并且出口到歐美及一帶一路沿線國家，海外累計架線超2萬公里，打破國際壟斷，成為中國制造和中國電力走出去的“國家名片”。 導(dǎo)線性能測試實驗室 超細夾雜物去除-現(xiàn)場試驗 加拿大奧爾茲灣跨海大跨越——世界拉力最大的輸電跨越工程 晉東南-南陽-荊門 1000kV 黃河大跨越

化學(xué)鍍Ni-P具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。但是，隨著應(yīng)用的增多也 出現(xiàn)了一些問題。由于化學(xué)鍍層是陰極性的，如在施鍍過程中形成針孔、麻點以及使用過程中 外力對鍍層的損壞等，往往造成鍍層在腐蝕介質(zhì)中形成電偶腐蝕，使得鍍層不僅對基體起不到 保護作用，反而加速了基體的腐蝕。 三元合金Ni-W-P鍍層的出現(xiàn)在一定程度上解決了Ni-P鍍層中所存在的問題。W元素的加入 可以提高鍍層的致密性，減小了腐蝕介質(zhì)穿透鍍層在鍍層與基體之間形成電偶腐蝕的幾率。此 外，W是一種自鈍化元素，在腐蝕介質(zhì)中有利于鍍層表面鈍化膜的形成，提高了鍍層的耐蝕性 能，因此，P的含量相近時Ni-W-P鍍層的耐蝕性能優(yōu)于Ni-P鍍層。但是Ni-W-P鍍層與Ni-P鍍層 相比在與基體的結(jié)合力上并沒有提高，在后續(xù)加工過程中如受到一定外力作用時，鍍層很容易 脫落，這就使得鍍層的應(yīng)用范圍受到了一定的限制。 該技術(shù)針對現(xiàn)有化學(xué)鍍層在使用過程中所存在的問題，提出將含有一定量W元素的Ni-W-P 鍍層在高溫下進行熱處理，提高鍍層的結(jié)合力和硬度，大幅度提高鍍層的耐蝕耐磨性能，延長 鍍層的使用壽命。 可應(yīng)用于換熱器、泵、軸、空冷等耐蝕或者耐磨的場合

我國的大飛機發(fā)展計劃，為我國鋁合金的發(fā)展提供了新的機遇。飛機的60-75%的構(gòu)件是鋁合金。航空鋁合金是鋁合金中高技術(shù)含量，高投資，高附加值產(chǎn)品。我國的C919客機已下線，但是該飛機所用的材料主要依賴進口，急需國產(chǎn)化。同時我國軍用飛機的大型鋁合金材料依然不能滿足軍機發(fā)展的需要。最近，國務(wù)院和中央軍委大力倡導(dǎo)“民參軍”，鼓勵民營企業(yè)參加國防軍工生產(chǎn)。所以該項目計劃建設(shè)年產(chǎn)20萬噸鋁合金板帶生產(chǎn)線，其中航空鋁合金板帶5萬噸，其余為工業(yè)中厚板。 該項目采用了東北大學(xué)發(fā)明的兩項關(guān)鍵技術(shù)-1）電磁-氣刀連鑄技術(shù)；以解決高質(zhì)量錠坯制備，這一制約航空鋁合金發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，和2）鋁合金電流場熱處理技術(shù)，包括電流場均化和電流場固溶時效，在降低成本的同時，保證材料的性能，均有較高的效益。 一般客機自重為30噸左右，戰(zhàn)斗機為10-20噸，大型運輸機為60-80噸，其中60-70%為鋁合金，則按一架飛機平均自重30噸估算，約需鋁合金20噸左右，則需要的鋁合金材料為200噸左右，80-90%被加工掉。如果我國飛機材料能達到500架/年，這需要10萬噸鋁合金。由于現(xiàn)在飛機大部分部件都采用板材機加工方法，所以板材要占80%，既8萬噸。 同時我國的戰(zhàn)車、炮車、軍車等正在實現(xiàn)輕量化，也需要航空鋁合金，預(yù)測每年要達到30-50萬噸。 同時，該生產(chǎn)線還可以生產(chǎn)民用中厚板，包括罐車、動車車廂、鋁合金煤車等，預(yù)測需要30-50萬噸。 因此包括航空鋁合金在內(nèi)，我國每年鋁合金中厚板的需求量可以達到80-100萬噸，且隨著我國飛機制造和高鐵發(fā)展，需求量還會增加。 招商方向引導(dǎo) 金屬結(jié)構(gòu)材料，輕合金加工行業(yè)。可以新建，也可以在原鋁合金加工廠改造升級。

本成果針對鎂合金生產(chǎn)與應(yīng)用過程中的關(guān)鍵問題，成功開發(fā)了鎂合金目標 產(chǎn)品的集成應(yīng)用技術(shù)和循環(huán)利用技術(shù)，打通了目標產(chǎn)品的合金開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、 材料加工、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品應(yīng)用和合金廢料返回利用的整個技術(shù)鏈條和循環(huán)過程。 主要創(chuàng)新成果為：1）發(fā)明了一批高品質(zhì)鎂合金。2）開發(fā)和發(fā)明了高質(zhì)量鑄造產(chǎn) 品高效環(huán)保加工技術(shù)和成套的型材擠壓技術(shù)，成功制備了世界上最大規(guī)格的中 空型材；大幅度提高了鑄件的成品率。3）首次創(chuàng)新開發(fā)了 “重質(zhì)夾雜逆向自凈 化”的“反向"過濾技術(shù)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(chǎn)品服役性能數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了專家預(yù)測系統(tǒng)及先進的鎂 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)系統(tǒng)，建成了國內(nèi)外第一個綜合性的“鎂合金材料替換設(shè)計及產(chǎn)品 應(yīng)用技術(shù)開發(fā)平臺"，解決了鎂產(chǎn)品推廣應(yīng)用中新材料和新產(chǎn)品脫節(jié)的瓶頸問題。 成功開發(fā)了 200余款（種）鎂合金及鑄造產(chǎn)品、300多種規(guī)格高品質(zhì)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(yīng)用，并已成功裝備軌道交通工具及軍工關(guān)鍵裝備上。節(jié)能效益非 常明顯，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

研制出了多個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鐵磁性非晶、納米晶軟磁合金材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、軟磁性能、耐蝕性能及對染料廢水高效降解性能，具體研究成果包括：（1）高飽和磁感低損耗納米晶軟磁合金：研制了FeSiBPCu系列納米晶軟磁合金，飽和磁感應(yīng)強度達1.8T以上，1.5T/50Hz條件下的鐵損僅為0.29W/kg，是高級取向硅鋼鐵損的1/2，技術(shù)性能遠優(yōu)于日本主要生產(chǎn)和大力推廣的FINEMET納米晶合金系列產(chǎn)品，在高效節(jié)能電機、無線充電系統(tǒng)、新能源汽車等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊市場前景；（2）鐵磁性非晶合金構(gòu)件涂層：制備了厚度達9mm的非晶合金構(gòu)件涂層，非晶度90[[%]]以上，孔隙率低于1[[%]]，平均硬度達976HV，內(nèi)聚強度為237MPa；利用激光熔覆技術(shù)進一步改善其力學(xué)性能，斷裂強度達1800Mpa，具有優(yōu)異的耐蝕性能和耐摩擦磨損性能，適用于各種功能構(gòu)件的在線修復(fù)；（3）鐵基非晶合金化學(xué)性能研究：研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/納米晶合金在對染料廢水的高效降解，發(fā)現(xiàn)合金表面的“自更新”行為可有效提高合金的重復(fù)利用性，同時良好的熱磁調(diào)諧性使合金便于降解后的自動回收，對于實現(xiàn)高效、低成本處理印染廢水，解決水污染問題具有重要的應(yīng)用價值。

研制出了多個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鐵磁性非晶、納米晶軟磁合金材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、軟磁性能、耐蝕性能及對染料廢水高效降解性能，具體研究成果包括：（1）高飽和磁感低損耗納米晶軟磁合金：研制了FeSiBPCu系列納米晶軟磁合金，飽和磁感應(yīng)強度達1.8T以上，1.5T/50Hz條件下的鐵損僅為0.29W/kg，是高級取向硅鋼鐵損的1/2，技術(shù)性能遠優(yōu)于日本主要生產(chǎn)和大力推廣的FINEMET納米晶合金系列產(chǎn)品，在高效節(jié)能電機、無線充電系統(tǒng)、新能源汽車等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊市場前景；（2）鐵磁性非晶合金構(gòu)件涂層：制備了厚度達9mm的非晶合金構(gòu)件涂層，非晶度90%以上，孔隙率低于1%，平均硬度達976HV，內(nèi)聚強度為237MPa；利用激光熔覆技術(shù)進一步改善其力學(xué)性能，斷裂強度達1800Mpa，具有優(yōu)異的耐蝕性能和耐摩擦磨損性能，適用于各種功能構(gòu)件的在線修復(fù)；（3）鐵基非晶合金化學(xué)性能研究：研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/納米晶合金在對染料廢水的高效降解，發(fā)現(xiàn)合金表面的“自更新”行為可有效提高合金的重復(fù)利用性，同時良好的熱磁調(diào)諧性使合金便于降解后的自動回收，對于實現(xiàn)高效、低成本處理印染廢水，解決水污染問題具有重要的應(yīng)用價值。

本發(fā)明公開了一種含氧化鈰的低合金鋼焊條，屬焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。該焊條藥皮主要組分(重量比)為：大理石39-48％，螢石18-26％，鈦鐵10-12％，低碳硅鐵5-8％，中碳錳鐵 3-6％，云母4-4.5％，純堿0.5-1％，CeO2-5為2.6-3.4％。將上述組分的藥粉材料混合均勻后用鈉水玻璃做粘結(jié)劑在活塞式油壓機上將藥粉壓涂在直徑為4mm的H08A焊芯上做成低合金鋼焊條。優(yōu)點是：采用該藥皮的堿性焊條熔敷金屬的力學(xué)性能與現(xiàn)有低合金鋼焊條E 5515-G 型焊條的力學(xué)性能相比：抗拉強度提高了35.64-43.27％，屈服強度提高了45.18-52.11％，沖擊功提高了24.50-26.49％，而硬度卻不下降。雖然焊條制造成本提高了2.1％，但由于焊前和焊后無需采用特殊的工藝措施，因此焊條性價比高。

在傳統(tǒng)的半固態(tài)鋁合金觸變成形技術(shù)中，電磁攪拌和電磁感應(yīng)重熔加熱的功率較大、效率很低、能耗很高，半固態(tài)坯料的液相分數(shù)不能太高，成形非常復(fù)雜零件毛坯時遇到困難，而且坯料的鋸屑、坯料重熔加熱時的流失金屬、澆注系統(tǒng)和廢品不能馬上回用，增加了觸變成形的生產(chǎn)成本。因此，如何進一步降低生產(chǎn)成本成為當(dāng)今半固態(tài)鋁合金成形技術(shù)應(yīng)用的最重要的主題。 在國家九五、十五和十一五“863”高技術(shù)發(fā)展計劃的支持下，我校研制開發(fā)的先進鋁合金半固態(tài)流變成形技術(shù)已經(jīng)成熟，成功地流變成形了汽車零件，如圖1所示。與一般半固態(tài)鋁合金觸變成形相比，該半固態(tài)鋁合金流變成形的生產(chǎn)工藝流程大大縮短，設(shè)備投資也將大幅度減少，半固態(tài)流變成形零件的生產(chǎn)成本將會明顯降低。目前，該項目已經(jīng)通過國家“863”計劃組織的專家委員會的驗收。 由于半固態(tài)鋁合金流變成形不易發(fā)生噴濺、裹氣少、凝固收縮小，流變成形的零件毛坯致密，能夠熱處理強化，因此采用本半固態(tài)流變成形技術(shù)成型的鋁合金零件的力學(xué)性能遠遠超過鋁合金壓鑄件的力學(xué)性能，滿足國家技術(shù)標準。而且，流變成形的零件毛坯不存在宏觀偏析，力學(xué)性能更均勻；可以實現(xiàn)近終化成形，大為減少機加工量，降低加工成本；易于實現(xiàn)機械化或自動化操作，生產(chǎn)效率高；減輕了模具的熱沖擊，提高了模具的壽命。該技術(shù)具有電磁攪拌和均熱能耗低，漿料表面氧化程度輕，輸送方便，漿料的固相分數(shù)可以靈活控制，便于成形各種復(fù)雜零件，而且半固態(tài)鋁合金漿料流變成形后的澆注系統(tǒng)、廢品將直接在本車間回用，降低原料成本。與傳統(tǒng)的半固態(tài)鋁合金觸變成形相比，半固態(tài)鋁合金流變成形的生產(chǎn)工藝流程大大縮短，設(shè)備投資也將大幅度減少，半固態(tài)流變成形零件的生產(chǎn)成本將會明顯降低。 該技術(shù)以北京科技大學(xué)擁有的中國發(fā)明專利00 1 09540.4為支撐，具有原創(chuàng)性及完全的知識產(chǎn)權(quán)。 目前，鋁合金半固態(tài)流變成形應(yīng)用主要集中在汽車零件和耐壓閥體等零件，如汽車制動總泵殼、油道、輪轂等，也可以應(yīng)用于其他要求較高的零件毛坯，如航空、航天、摩托車和電子行業(yè)的鋁合金零件等。鋁合金半固態(tài)流變成形零件毛坯不但具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

項目成果/簡介:2018年國家技術(shù)發(fā)明二等獎電網(wǎng)是我國經(jīng)濟發(fā)展的命脈，架空輸電導(dǎo)線作為電力輸送的“血管”是電網(wǎng)中用量最大、最關(guān)鍵的組成部分之一。導(dǎo)線的導(dǎo)電率每提升1%IACS，全國每年節(jié)約線損超70億千瓦時。特高壓、遠距離、大容量輸電和清潔能源利用的發(fā)展，對架空導(dǎo)線的導(dǎo)電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升導(dǎo)電率與同時提高強度和耐熱性之間存在矛盾，導(dǎo)致我國電網(wǎng)建設(shè)急需的特種導(dǎo)線難以滿足工程需求。上海交通大學(xué)孫寶德教授團隊與江蘇中天科技集團合作，經(jīng)十余年研究，取得以下創(chuàng)新性成果：1.發(fā)明了耐熱高導(dǎo)Al-Zr-Y合金材料及微結(jié)構(gòu)調(diào)控工藝，解決了耐熱相粗大和溶質(zhì)鋯(Zr)原子析出不充分的難題，使導(dǎo)電率從60% IACS提高到60.8%IACS，耐熱溫度從150℃提高到210℃。研制的耐熱鋁合金導(dǎo)線電網(wǎng)改造工程中獲得大量應(yīng)用，占國內(nèi)耐熱導(dǎo)線40%市場份額；2. 發(fā)明了高強抗疲勞Al-Mg-Si導(dǎo)線，解決了強化相調(diào)控和超細夾雜去除的難題，顯著提高了材料的抗疲勞性能，在運行張力增大的條件下，振動疲勞壽命超過3000萬次。研制的特種大跨越導(dǎo)線和全鋁合金節(jié)能導(dǎo)線，占國內(nèi)30%市場份額，特別是大跨越導(dǎo)線，幾乎包攬了國家電網(wǎng)大跨越工程；3. 發(fā)明了高效除氫、活性涂層陶瓷過濾和新型細化劑制備等導(dǎo)線冶金質(zhì)量控制技術(shù)，解決了微量雜質(zhì)元素與氣體去除的難題，實現(xiàn)了電工鋁導(dǎo)線的導(dǎo)電率從61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型節(jié)能導(dǎo)線在特高壓工程中獲得大量應(yīng)用。上述成果依托國家973項目、國家自然科學(xué)基金、上海市節(jié)能減排專項等項目，共獲得19項中國發(fā)明專利，1項美國專利和25項實用新型專利，發(fā)表論文49篇。成果在特高壓電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)增容改造、新能源并網(wǎng)發(fā)電、電網(wǎng)領(lǐng)域節(jié)能減排中發(fā)揮重要的作用，并且出口到歐美及一帶一路沿線國家，海外累計架線超2萬公里，打破國際壟斷，成為中國制造和中國電力走出去的“國家名片”。導(dǎo)線性能測試實驗室超細夾雜物去除-現(xiàn)場試驗加拿大奧爾茲灣跨海大跨越——世界拉力最大的輸電跨越工程晉東南-南陽-荊門 1000kV 黃河大跨越知識產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利技術(shù)先進程度:達到國內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:與企業(yè)合作獲得政府支持情況:國家級計劃/專項類別:國家973項目、國家自然科學(xué)基金、上海市節(jié)能減排專項等

本項目針對實際生產(chǎn)中存在的鋁合金機匣變色、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 金機匣40余萬件，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益1200萬元，每年節(jié)約成本200萬元。同時, 在節(jié)能排放方面產(chǎn)生了巨大的社會效益。