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航空發(fā)動機機匣是一種復雜薄壁零件，其加工變形問題是我國航空發(fā)動機制造的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。機匣毛坯組織結(jié)構(gòu)的均勻性是影響機匣加工變形的主要原因之一。鎳基高溫合金具有優(yōu)異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，是航空發(fā)動機機匣的主要原料。鎳基高溫合金鑄、鍛件組織結(jié)構(gòu)的無損檢測與定量評價是實現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)均勻性檢測與評價的基礎，有助于準確判斷毛坯制造質(zhì)量，表征制造工藝改進的有效性，降低機匣加工變形概率。 超聲檢測具有穿透能力強，靈敏度和分辨率高、可定位和定量檢測等優(yōu)點，在航空發(fā)動機大規(guī)格高溫合金構(gòu)件制造質(zhì)量檢測領域得到了廣泛應用。超聲檢測信號特征值與材料組織結(jié)構(gòu)變化、二次相或沉淀物的形成相關(guān)，具備有效評價鎳基高溫合金的組織結(jié)構(gòu)的能力。現(xiàn)有鎳基高溫合金鑄、鍛件組織結(jié)構(gòu)的超聲檢測以噪聲波高為主要判據(jù)，指標簡單、閾值設置嚴格、誤判率高，無法適應不斷改進的制造工藝。 組織結(jié)構(gòu)超聲定量評價技術(shù)的核心是確定微觀組織特征參數(shù)與超聲檢測特征參數(shù)之間的定量關(guān)系模型，其本質(zhì)是以模型待定系數(shù)為決策變量，以評價準確性為目標函數(shù)的優(yōu)化問題。超聲波在鎳基高溫合金中傳播時，受到晶界、相界、孿晶等復雜組織結(jié)構(gòu)的綜合作用，若采用聲速、衰減系數(shù)、非線性系數(shù)等單一超聲檢測參數(shù)對組織結(jié)構(gòu)進行建模與評價，會因信息量的缺失而導致評價誤差大；若增加檢測參數(shù)規(guī)模，則會導致所對應優(yōu)化問題的困難性大幅增加。 本研究以鎳基高溫合金組織結(jié)構(gòu)定量評價為主要研究對象，圍繞如何利用協(xié)同進化算法求解定量評價的大規(guī)模優(yōu)化問題、以及如何同時利用多種微觀組織特征參數(shù)對鎳基高溫合金進行綜合表征展開研究。科研成果為航空發(fā)動機機匣鎳基高溫合金毛坯制造質(zhì)量檢測、評價、性能預測提供技術(shù)支持，為制造工藝改進提供數(shù)據(jù)支持，也可進一步推廣至其它高溫合金、鈦合金等材料中。

化學鍍Ni-P具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛應用。但是，隨著應用的增多也出現(xiàn)了一些問題。由于化學鍍層是陰極性的，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，這就使得鍍層的應用范圍受到了一定的限制。該技術(shù)針對現(xiàn)有化學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。

中國生產(chǎn)的鎳氫電池性能與國外相比差距還很大，這是由于工藝設備落后、材料性能較差等原因造成的，電池的一致性、穩(wěn)定性均有待提高。日本稀土貯氫合金全部采用片鑄(Strip Casting)工藝生產(chǎn)，我國則全部采用模鑄(Mold Casting)工藝生產(chǎn)。在國家“八六三”計劃支持下，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的稀土貯氫合金的鑄片產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，達到日本同期水平。該技術(shù)優(yōu)點有：（1）可以提高稀土貯氫合金的比容量。相同成分的稀土貯氫合金采用模鑄工藝生產(chǎn)比容量為320mAh/g，如果采用片鑄工藝生產(chǎn)則比容量提高到340mAh/g；（2）活化速度快。模鑄工藝生產(chǎn)的稀土貯氫合金需要10-15個完全沖放周期才能達到最大吸氫量，片貯工藝則只需要2-3個完全沖放周期。（3）抗氧化、耐腐蝕、壽命長。片鑄工藝生產(chǎn)的相同成分稀土貯氫合金比模鑄工藝生產(chǎn)的抗氧化和耐腐蝕性能好，使用壽命長200個循環(huán)周期；（4）可以降低原材料成本。例如生產(chǎn)比容量為320mAh/g的稀土貯氫合金，采用片鑄工藝可以大幅度降低金屬鈷，降幅達到30%-50%；（5)能耗降低。片鑄工藝生產(chǎn)的稀土貯氫合金全部有均勻細小的柱狀晶組成、相分布均勻、偏析降低到最低限度、沒有富錳析出，不需要熱處理。模鑄工藝生產(chǎn)的稀土貯氫合金偏析嚴重、富錳相析出，因此需要熱處理來消除或減弱。 LaNi5型稀土貯氫合金是1969年荷蘭菲利浦公司發(fā)現(xiàn)的，它具有電化學容量高、循環(huán)工作壽命長、對電解液有良好的耐蝕性、對過充電時正極產(chǎn)生的氧要有良好的耐氧化性、電催化活性高、反應阻力（氫過電壓）小、氫擴散速率大、電極反應可逆性好、在電池工作溫度范圍（-20～+60）內(nèi)有合適的氫平衡分解壓、無污染。稀土貯氫合金的重要應用是它可以被用作鎳氫電池的陰極材料。鎳氫電池與傳統(tǒng)的鎳鎘電池相比，其能量密度提高兩倍，廣泛應用于能源、化工、電子、宇航、軍事及民用各個方面，如筆記本電腦、計算機、攝像機、收錄機、數(shù)碼相機、通訊器材、電動工具、混合動力汽車等。

“高性能稀土鎂合金薄板帶生產(chǎn)技術(shù)”項目是以北京市科委經(jīng)費支持為起源、以國家“十二• 五”科技支撐計劃為發(fā)展，以北京科技大學與美國波音公司國際合作開發(fā)高性能稀土鎂合金等為基礎，逐步形成的一項特色科技成果。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；實現(xiàn)了高精度鎂合金板成卷軋制過程自動化控制及精整、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機組及控制裝置的研發(fā)設計及應用，在此基礎上研發(fā)出高性能稀土鎂合金薄板帶生產(chǎn)工藝技術(shù)。

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。導線的導電率每提升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，對架空導線的導電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升導電率與同時提高強度和耐熱性之間存在矛盾，導致我國電網(wǎng)建設急需的特種導線難以滿足工程需求。上海交通大學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線電網(wǎng)改造工程中獲得大量應用，占國內(nèi)耐熱導線40%市場份額； 2. 發(fā)明了高強抗疲勞Al-Mg-Si導線，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線和全鋁合金節(jié)能導線，占國內(nèi)30%市場份額，特別是大跨越導線，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)了電工鋁導線的導電率從61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型節(jié)能導線在特高壓工程中獲得大量應用。 上述成果依托國家973項目、國家自然科學基金、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、電網(wǎng)增容改造、新能源并網(wǎng)發(fā)電、電網(wǎng)領域節(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)中被廣泛應用。但是，隨著應用的增多也 出現(xiàn)了一些問題。由于化學鍍層是陰極性的，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，這就使得鍍層的應用范圍受到了一定的限制。 該技術(shù)針對現(xiàn)有化學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，國務院和中央軍委大力倡導“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 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)品設計、 材料加工、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品應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“鎂合金材料替換設計及產(chǎn)品 應用技術(shù)開發(fā)平臺"，解決了鎂產(chǎn)品推廣應用中新材料和新產(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；（3）鐵基非晶合金化學性能研究：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；（3）鐵基非晶合金化學性能研究：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用價值。