研發(fā)案例
公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)在鋁鎂銅合金承擔(dān)了大量的國家級(jí)、省部級(jí)和橫向項(xiàng)目，具有豐富的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。近幾年團(tuán)隊(duì)先后完成國家xx科技合作項(xiàng)目(xxx用超輕鎂鋰合金產(chǎn)業(yè)化技術(shù)引進(jìn))、國際科技合作xx專項(xiàng)(替代進(jìn)口發(fā)動(dòng)機(jī)用過共晶鋁硅合金)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(雙相鎂鋰合金超塑性變形)、自主研發(fā)項(xiàng)目(高性能鋁合金液態(tài)模鍛)(鎂合金擠壓加工關(guān)鍵技術(shù))等科研項(xiàng)目。目前正在開展軍委裝備發(fā)展部“十三五”裝備預(yù)研共用技術(shù)項(xiàng)目(400MPa級(jí)鑄造鋁鋰合金應(yīng)用技術(shù)研究)、中鋁集團(tuán)科技發(fā)展基金項(xiàng)目(鋁鋰合金廢料廢屑再生利用技術(shù)研究)、以及鄭州市首批創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(航空航天用新型高性能輕合金產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用開發(fā))等縱向項(xiàng)目。橫向項(xiàng)目包括：鄭州某公司(4043鋁合金線桿開發(fā))、南京某集團(tuán)(高性能鋁合金導(dǎo)體開發(fā))、航天某院(重載火箭用銅銀鋯合金開發(fā))，同時(shí)與航天系統(tǒng)、航空系統(tǒng)、中國電子科技集團(tuán)、中國兵器工業(yè)集團(tuán)等軍工單位存在深度合作。
1、主要典型研發(fā)案例
1.1、科研項(xiàng)目研發(fā)案例
| 序號(hào) | 名稱 | 項(xiàng)目類型 |
| 1 | xxxxx用超輕鎂鋰合金開發(fā) | 國家科技計(jì)劃項(xiàng)目 |
| 2 | 替代進(jìn)口發(fā)動(dòng)機(jī)用新型過共晶鋁硅合金的開發(fā) | xxx科技合作項(xiàng)目 |
| 3 | 雙相鎂鋰合金超塑性變形過程中α/β協(xié)調(diào)機(jī)制研究 | 自然科學(xué)基金項(xiàng)目 |
| 4 | 400MPa級(jí)鑄造鋁鋰合金應(yīng)用技術(shù)研究 | 中央軍委裝備發(fā)展部裝備預(yù)研項(xiàng)目 |
| 5 | 鋁鋰合金廢料廢屑再生利用技術(shù)研究 | 中鋁集團(tuán)科技發(fā)展基金項(xiàng)目 |
| 6 | 高強(qiáng)鑄造鋁合金液態(tài)模鍛的關(guān)鍵技術(shù)研究 | 中鋁公司重點(diǎn)基金項(xiàng)目 |
| 7 | 飛行器用鑄造鋁鋰合金的研制 | 中鋁公司青年科技人才啟明星計(jì)劃 |
| 8 | 高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金精密鑄件的開發(fā)與應(yīng)用 | 中鋁公司青年科技人才啟明星計(jì)劃 |
| 9 | 新型高強(qiáng)耐蝕鎂鋰合金材料開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)研究 | 陜西省重點(diǎn)項(xiàng)目 |
| 10 | 運(yùn)城市國家新型鋁鎂合金產(chǎn)業(yè)基地建設(shè) | 運(yùn)城市政府項(xiàng)目 |
| 11 | 航空航天用新型高性能輕合金產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用開發(fā) | 鄭州市1125創(chuàng)新項(xiàng)目 |
| 12 | 航空航天輕合金材料開發(fā)及應(yīng)用 | 鄭州市院士工作站建設(shè)項(xiàng)目 |
| 13 | 鄭州市航空航天輕合金工程技術(shù)研究中心 | 鄭州市工程技術(shù)研究中心建設(shè)項(xiàng)目 |
| 14 | 高導(dǎo)高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)體與端子技術(shù)開發(fā) | 國家電科院合作項(xiàng)目 |
| 15 | 中國鎂工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研 | 重點(diǎn)合作項(xiàng)目 |
1.2、合作研發(fā)案例
| 序號(hào) | 合作類型 | 產(chǎn)品分類 | 合作單位 | 合作內(nèi)容 |
| 1 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | 中國兵器工業(yè)X所 | 新型低密度高耐損傷鋁鋰合金應(yīng)用技術(shù)研究：采用真空熔鑄、擠壓及熱處理工藝合金板材，通過合金成分和熱處理工藝優(yōu)化，高性能鋁鋰合金 |
| 2 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | 中國航天科工X院 | 采用真空熔鑄-大擠壓比變形(100:1)，制備出Φ3.2mm次高溫Al-Cu-Si鋁合金釬焊絲材 |
| 3 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 銅合金 | 中國航天科技X院 | 采用真空熔鑄-三墩三拔鍛造變形，研制開發(fā)出高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Ag-Zr合金及其鍛環(huán)，用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾部的噴嘴 |
| 4 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | 中國科學(xué)院某所 | 研制出一種新型高溫鋁合金Al-Mg-Be-Zr，采用半連續(xù)鑄造-鍛造工藝加工成鋁合金單層質(zhì)子窗，可滿足300kW質(zhì)子束流下的工況需求，抗蠕變強(qiáng)度有30%以上的提升 |
| 5 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | 中國科學(xué)院某所 | 采用真空熔煉爐制備Al-Mg-Sr等高性能鋁合金，研究Sr元素對(duì)Al-Mg合金材料組織和性能的影響 |
| 6 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鉛合金 | 中國科學(xué)院某所 | 采用真空熔煉爐制備高純Li-Pb合金，是核聚變反應(yīng)堆中集產(chǎn)氚材料、中子增殖材料和冷卻介質(zhì)(核能轉(zhuǎn)化為熱能)三種功能為一體的關(guān)鍵材料，在中國EAST核聚變反應(yīng)堆中用作液態(tài)包層，主要用于聚變堆或混合堆的結(jié)構(gòu)材料相容性實(shí)驗(yàn)。 |
| 7 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鉛合金 | 中國科學(xué)院 | 采用真空熔煉爐制備高純Pb-Bi合金，是第四代核反應(yīng)堆中有發(fā)展前景的冷卻劑，與金屬鈉等傳統(tǒng)冷卻劑相比，它的化學(xué)活性、中子吸收性較弱，熔點(diǎn)低(<400K)，沸點(diǎn)更高(1943K)，因此應(yīng)用安全性高。合金中雜質(zhì)總含量小于100 ppm，對(duì)易嬗變雜質(zhì)元素的含量嚴(yán)格控制，能減少放射性核廢料的產(chǎn)生。 |
| 8 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | 中鋁XX公司 | 汽車用鋁合金應(yīng)用技術(shù)研究：采用真空熔鑄和擠壓工藝進(jìn)行合金制備，通過合金成分、擠壓工藝優(yōu)化獲得高性能汽車用鋁合金 |
| 9 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | 中鋁XX公司 | 高強(qiáng)耐損傷2055鋁鋰合金技術(shù)開發(fā)：通過微合金化、擠壓加工獲得高性能鋁鋰合金擠壓板 |
| 10 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | 山西X集團(tuán) | 鋁合金廢料的回收研究 |
| 11 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | 南京某公司 | 高性能鋁合金電纜端子用棒材開發(fā)，采用半連續(xù)鑄造和擠壓工藝制備了高導(dǎo)耐熱鋁合金 |
| 12 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鎂合金 | 洛陽XX廠 | 高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金開發(fā)：采用真空熔鑄和等溫模鍛工藝制備了合金，通過合金成分和熱處理工藝優(yōu)化，獲得了性能優(yōu)異高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金 |
| 13 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | XX大學(xué) | 低密度高強(qiáng)鋁鋰合金技術(shù)開發(fā)：通過合金成分、熱處理工藝優(yōu)化，研究不同合金元素對(duì)鋁鋰合金性能影響 |
| 14 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | XX大學(xué) | 新型防銹5083鋁合金技術(shù)開發(fā)：采用真空熔鑄和軋制工藝制備了新型5083鋁合金板材，通過合金成分和軋制工藝優(yōu)化，研究不同合金元素對(duì)5083鋁合金力學(xué)性能影響 |
| 15 | 項(xiàng)目預(yù)研 | 鋁合金 | XX大學(xué) | 采用真空熔煉爐制備Al-Si-Er、Al-Si-Sc等高性能鋁合金，研究Er、Sc等晶粒細(xì)化劑對(duì)AlSi合金材料組織和性能的影響 |
2. 部分研發(fā)案例實(shí)施情況
2.1、大規(guī)格真空鎂鋰合金鑄錠(世界領(lǐng)先)
鎂鋰合金作為世界輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，可制備航空航天減重用次承力件、3C電子產(chǎn)品殼體等，是國家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略新材料。但鎂、鋰都為高活潑金屬，制備難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高是世界公認(rèn)難題。目前世界上能夠產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鎂鋰合金的只有美國、俄羅斯和中國。公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)鎂鋰合金的開發(fā)已達(dá)13年之久，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，攻克了鎂鋰合金熔鑄制備過程中易燃易爆的難題，陸續(xù)掌握高純凈鎂鋰合金真空熔鑄關(guān)鍵技術(shù)、鎂鋰合金保護(hù)氣氛熔煉、半連續(xù)鑄造生產(chǎn)技術(shù)及安全防護(hù)技術(shù)，在國內(nèi)先實(shí)現(xiàn)鎂鋰合金的產(chǎn)業(yè)化，并成功制備出了能漂浮在水上的超輕鎂鋰合金。目前大可制備出Ф500mm圓錠、200mm×600mm扁錠，且已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，年產(chǎn)100噸以上。后續(xù)將開發(fā)Ф700mm規(guī)格以上的鑄錠，尺寸將達(dá)到世界大。
2.2、耐蝕鎂鋰合金(革命性突破)
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在鎂合金耐蝕性研究方面取得革命性的突破，并將這一成果在Nature Materials上發(fā)表：Nature Materials(IF：38.891)：A high-specific-strength and corrosion-resistant magnesium alloy, 2015, 14(12)。通過特定成分和熱加工工藝，合金自腐蝕電位明顯正移，形成具有自修復(fù)功能的、類似不銹鋼Li2CO3膜層，是鎂合金研究的一個(gè)重大技術(shù)突破，拓展了鎂合金的廣闊應(yīng)用前景。
制備的鎂鋰合金如實(shí)物照片所示：將不同鎂合金在室溫3.5%鹽水浸泡48小時(shí)以上，普通鎂合金在鹽水中幾個(gè)小時(shí)就開始變色，浸泡后腐蝕嚴(yán)重，表面呈暗黑色，而Mg-Li-X合金浸泡后表面呈明亮的金屬光澤，幾乎未受到腐蝕，呈現(xiàn)出“不銹”特征，耐蝕性能優(yōu)異。
2.3、鎂合金光譜標(biāo)樣(國內(nèi)第一)
鎂鋰、鎂稀土合金直讀光譜儀標(biāo)準(zhǔn)樣市場(chǎng)仍是空白，公司充分利用真空制備的合金優(yōu)勢(shì)，結(jié)合輕合金生產(chǎn)過程中成分快速檢測(cè)的需求，經(jīng)真空熔鑄+往復(fù)擠壓等變形熱處理工藝開發(fā)出了晶粒細(xì)小、尺寸均勻、成分無偏析的鎂鋰合金、鎂稀土合金標(biāo)樣、控樣，為鎂鋰、鎂稀土合金爐前分析、成品錠分析檢測(cè)提供了便利，節(jié)省了成本，縮短了交貨周期。其中鎂鋰合金標(biāo)準(zhǔn)樣成分范圍廣(3～16wt.%Li)，為國內(nèi)首次研制成功。
2.4、鎂鋰合金箔材(世界薄)
研發(fā)團(tuán)隊(duì)在研究承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《雙相鎂鋰合金超塑性變形過程中α/β協(xié)調(diào)機(jī)制研究》時(shí)發(fā)現(xiàn)，鎂鋰合金在一定的工藝條件下可實(shí)現(xiàn)超塑性變形，延伸率高達(dá)758%。鎂鋰合金具有優(yōu)異的阻尼性能、減震性能、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能和比強(qiáng)度、比剛度，研究人員根據(jù)鎂鋰合金的物理特點(diǎn)和優(yōu)異的超塑性，指導(dǎo)開發(fā)出了一種鎂鋰合金的高效短流程制備方法，獲得了世界薄，厚度僅為14μm的鎂鋰合金超薄箔材，可作為高端減震降噪用振膜或音膜球頂?shù)幕氖褂茫郊又蹈摺⑶熬皬V闊。
2.5、鋰合金自行車架(世界上輕)
超輕鎂鋰合金車架，重量?jī)H為1Kg,比普通AZ61鎂合金車架減重20%。研發(fā)人員從合金的成份設(shè)計(jì)、熔煉與鑄造、管材擠壓工藝的制定、車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、焊接工藝的確定、表面防腐處理、車架性能檢測(cè)等過程，解決研發(fā)過程中存在著的系列技術(shù)難題，開發(fā)出專用的鎂鋰合金焊絲，通過對(duì)焊接后焊縫區(qū)進(jìn)行探傷檢測(cè)，焊縫達(dá)到一級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn);采用特殊的防腐技術(shù)，在車架表面形成耐腐、耐磨性保護(hù)膜層;車架焊接完成后進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試，順利通過了20萬次的疲勞振動(dòng)測(cè)試，達(dá)到了自行車架的使用性能要求，完全掌握了鎂鋰合金車架的制備技術(shù)。輕鎂鋰合金車架是世界首次報(bào)道，為輕便式交通工具減重具有顯著意義，為高端自行車市場(chǎng)保駕護(hù)行，具有較好的應(yīng)用前景。
2.6、全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)(國內(nèi)第一)
可以替代現(xiàn)有鋼鐵材料的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)用在汽車、卡車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、坦克、農(nóng)機(jī)等方面，一方面可以解決國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)存在的拉缸、抱缸、竄油、竄氣、積炭、耗油、增噪等問題，另一方面能夠減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量和改變驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方式，使交通動(dòng)工具重量更輕、速度更快、功率更大、油耗更低、噪音更小，更加安全、平穩(wěn)、舒適、環(huán)保，使交通動(dòng)工具更加高速、安全、舒適、環(huán)保，節(jié)能降耗，對(duì)節(jié)能減排作出重要的技術(shù)貢獻(xiàn)。
2.7、實(shí)心/空心圓鑄棒(國內(nèi)全)
可用于擠壓或鍛造，制備不同規(guī)格的鋁合金板材、棒材、型材、線材或絲材，應(yīng)用在高鐵、航空航天、船舶、電力電子、交通運(yùn)輸、食品包裝、電子電力、建筑裝飾等領(lǐng)域。
2.8、高強(qiáng)高韌7XXX含鈧鋁合金開發(fā)
采用半連續(xù)鑄造成功制備出800×200mm的高強(qiáng)高韌7XXX系含鈧鋁合金大板錠，并通過多道次熱軋、冷軋，制備出厚度50~100mm熱軋板和2~10mm冷軋板產(chǎn)品。該產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度530~730MPa，伸長率12~16%，焊接性能優(yōu)異，相較傳統(tǒng)7XXX高強(qiáng)鋁合金的性能有大幅度提升。
2.9.、鋁合金廢料回收技術(shù)
針對(duì)6系鋁合金毛絲切屑和邊角廢料，項(xiàng)目組通過市場(chǎng)調(diào)研及實(shí)地考察，編寫了《6萬噸廢鋁回收熔鑄項(xiàng)目可研報(bào)告》。開展廢料的回收重熔研發(fā)工作，通過實(shí)驗(yàn)研究得出佳的回收重熔方案，提出回收工序路線設(shè)計(jì)和相應(yīng)工裝及裝備方案。使用重熔后廢料研發(fā)出具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力附加值高的同類型鋁合金產(chǎn)品。
2.10、艦艇操控臺(tái)鎂合金鑄件(國內(nèi)領(lǐng)先)
針對(duì)于鎂合金膜殼反應(yīng)、鑄造質(zhì)量、鑄造流動(dòng)性及鑄造組織性能等行業(yè)難題進(jìn)行了課題攻堅(jiān)，研發(fā)出了大型鎂合金結(jié)構(gòu)件鑄造技術(shù)，具備國內(nèi)領(lǐng)先水平，開發(fā)出了船艦用指揮桌、顯控臺(tái)、電子機(jī)箱骨架、操作臺(tái)骨架、機(jī)柜殼體等鑄件，經(jīng)軍工客戶驗(yàn)收合格，在樣機(jī)上使用，獲得了良好的評(píng)價(jià)。
2.11、鎂稀土合金精密鑄件
耐熱鎂稀土合金在有強(qiáng)烈減重需求和須承受空間溫度變化的航空、航天和武器裝備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如可用于座艙骨架、機(jī)頭罩、門框、肋板、梁、導(dǎo)彈掛架、導(dǎo)彈艙體等零部件。其鍛造態(tài)強(qiáng)度可達(dá)430MPa以上，是鎂合金中強(qiáng)度高的合金類型;比強(qiáng)度達(dá)200MPa/(g·cm-3)，可媲美部分航空鋁合金(如7075)的比強(qiáng)度;鑄造鎂稀土合金的室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)320MPa以上，遠(yuǎn)高于常規(guī)的ZM5鑄造鎂合金，而且合金流動(dòng)性很好，適合砂型、金屬型以及熔模鑄造，可與航空中常用的ZL114A(強(qiáng)度320MPa，伸長率3%)相媲美;耐熱性強(qiáng)，是鎂合金中耐熱性好的合金類型，300℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度依然在200MPa以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于航空鋁合金的耐熱性(300℃，7075抗拉強(qiáng)度約60MPa)。
研發(fā)人員克服了鎂合金熔體易于與膜殼發(fā)生界面反應(yīng)的問題，制備出了表面精度高、無針孔、冷隔等缺陷的鎂稀土合金精密鑄件，為更大型鑄件如導(dǎo)彈艙段、座艙骨架等提供了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
2.12、高導(dǎo)銅銀鋯合金(國內(nèi)優(yōu))
銅銀鋯合金具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，還具備優(yōu)良的導(dǎo)電性能、抗氧化、抗應(yīng)力松弛、抗蠕變、抗應(yīng)力腐蝕能力好、疲勞性能好、無氫脆等性能特點(diǎn)，可加工成銅合金火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管，應(yīng)用在長征系列等運(yùn)載火箭，在尾部高溫火焰下能保持較高的強(qiáng)度，導(dǎo)熱性優(yōu)異。
2.13、高純Pb-Bi合金(國內(nèi)領(lǐng)先)
第四代核反應(yīng)堆中有發(fā)展前景的冷卻劑，與金屬鈉等傳統(tǒng)冷卻劑相比，它的化學(xué)活性、中子吸收性較弱，熔點(diǎn)低(<400K)，沸點(diǎn)更高(1943K)，因此應(yīng)用安全性高。合金中雜質(zhì)總含量小于100 ppm，對(duì)易嬗變雜質(zhì)元素的含量嚴(yán)格控制，能減少放射性核廢料的產(chǎn)生。
2.14、高純Li-Pb合金(國內(nèi)第一)
核聚變反應(yīng)堆中集產(chǎn)氚材料、中子增殖材料和冷卻介質(zhì)(核能轉(zhuǎn)化為熱能)三種功能為一體的關(guān)鍵材料，在中國EAST核聚變反應(yīng)堆中用作液態(tài)包層，主要用于聚變堆或混合堆的結(jié)構(gòu)材料相容性實(shí)驗(yàn)。
2.15、 鉛稀土變質(zhì)劑(國內(nèi)優(yōu))
稀土的加入能顯著優(yōu)化鉛合金的組織，細(xì)化合金晶粒，從而改善鉛合金綜合的力學(xué)性能，還使耐腐蝕性能提高而接近鉛銻合金。同時(shí)，在正極板柵合金中添加鑭、鈰等稀土能增加析氫過電位，增加析氫反應(yīng)阻抗，抑制氫氣的析出，有利于鉛酸蓄電池免維護(hù)性能的提高和提高電池的深循環(huán)壽命。
2.16、鋁鎂可溶材料(國內(nèi)優(yōu))
鋁、鎂可溶材料在含有電解質(zhì)的水溶液或其它液體環(huán)境中可自行溶解，應(yīng)用在非常規(guī)油氣開采領(lǐng)域，將可溶材料加工成壓裂球和橋塞等工具，在石油工業(yè)鉆井在壓裂施工過程中，可溶壓裂球和橋塞對(duì)不同作業(yè)層的施工管柱進(jìn)行封堵。
2.17、 鋁吸聲纖維材料(國內(nèi)第一)
鋁纖維板具有質(zhì)輕、耐蝕、高模量、大表面積、隔音吸音、減震、隔熱、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新型環(huán)保的吸聲材料，廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、展覽館、教室和游泳館的壁面隔音，也可作為輕軌、高架道路、高速公路、冷卻塔、變電所等的聲屏障。
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