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懸賞金額：10萬元 發榜企業：深圳市豪龍新材料技術有限公司  需求領域：精細化工 產業集群：先進材料產業集群 技術關鍵詞：光刻樹脂; 光刻膠; 特種硅樹脂; 高性能硅橡膠; 紫外光固化技術

鋁及其合金是工程應用最廣泛的結構材料之一。傳統的鋁合金零件通過鑄造、鍛造和粉末冶金等方法制造，與這些傳統制造過程相關的工具設備增加了制造成本和交付周期。3D打印技術由于為制造設計提供了豐富的自由度而廣泛應用于工程零件的制造。現有3D打印技術中，選擇性激光熔化（SLM）是發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、球化和氣孔導致只有有限數量的金屬適合該種工藝，且具備滿足要求的密度、微觀結構和強度。 中南大學粉末冶金研究院李瑞迪研究員和新西蘭奧克蘭大學、中車工業研究院有限公司等單位合作通過對合金元素進行調控和熱處理工藝的探索，發展了一種適用于SLM制備工藝，具有良好抗裂性和高強度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相關論文以題為“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》在線發表。 在該項工作中，研究人員設計了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用霧化合金粉末進行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生熱裂紋，平均裂紋密度隨Mg含量的增加而增大。發現在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，同時細化制備合金的微結構，從而提高打印試樣的力學性能。 圖1：不同成分的打印樣品晶粒尺寸和形貌EBSD分析結果：（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。晶體學取向用倒極圖（IPF）表示。 圖2：Mg和Si元素對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）的拉應力應變曲線。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的斷口SEM圖像。 通過對合金成分的進一步微調，研究人員設計了一種新型合金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和獨特的9R相。試樣的拉伸強度和延伸率分別達到497MPa和11%。經過時效處理后，試樣的拉伸強度達到550MPa，塑性在8%～17%之間。除了固溶強化、晶界強化和納米顆粒強化外，高密度層錯也有助于強化。 圖3：不同組分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印樣品的細晶區TEM圖像：（a1-2）合金4的胞狀結構；（a3-4）合金的柱狀結構；（b1-5）合金（b2）的胞狀結構是（b1）的暗場圖像；（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細胞的干HAADF圖像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相應EDX圖譜。 圖4：（a）SLM打印合金#5時效前后的拉伸應力應變曲線。曲線“#5”表示打印合金#5；曲線“#5-HT1”表示360℃時效8h的合金#5；曲線“#5-HT2”表示300℃時效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）圖中標記區域的傅里葉逆變換圖像顯示出高密度位錯。 這項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。隨后通過熱處理時效工藝引入高密度層錯并細化晶粒，開發出了一種具有低熱裂敏感性和高強度的新型鋁鎂合金。這項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計方法和熱處理工藝，推動了SLM制造技術的工程應用。

鋁銅合金廣泛應用于航空航天、艦船、車輛等工業領域，目前國內外針對鋁銅合金焊接及增材專用材料主要為ER2319，鋁銅合金熔焊時焊縫金屬不僅易產生熱裂紋，而且焊縫的強度低、塑性差，影響了鋁銅合金作為焊接結構件的推廣應用；鋁銅合金沉積態組織不均勻性，晶粒組織較粗大，增材試樣性能較低。針對鋁銅合金焊接接頭及增材件性能較低，缺乏高性能的專用材料這一問題開展研究，開發一種高性能的鋁銅合金焊接和增材用焊絲，通過對鑄錠、焊絲及其增材試樣組織進行觀察分析，系統研究Ti和Zr的含量對鋁銅合金微觀組織結構、力學性能影響，探索增材制造過程中的組織演變機制；深入研究非均質形核核心的形貌、大小、分布以及其晶體結構和晶格常數，揭示Ti、Zr元素復合作用細化鋁銅合金組織機理，豐富和發展鋁合金細化理論，為高性能鋁銅合金焊接增材專用材料的研發提供一條新的思路，推動鋁銅合金在工業領域更廣泛的應用。

基金屬間化合物原料成本較低，具有低比重、優異的抗氧化、抗硫蝕等特點，可以應用于對強度要求不太高的中高溫氧化或硫蝕環境中，如有色冶煉廠和高濃度煙氣收塵設備及制酸系統中的煙氣凈化設備、轉化器、熱交換設備極板和殼體；汽車尾氣管、電廠排氣的煙氣管道等。從1991年起，孫祖慶教授及其研究小組在國家科技部863專家委員會、國家自然科學基金委及中國-福特基金的支持下，開展了系統工作。 主要創新性研究成果有以下幾點： 首次提出Fe3Al基合金的B2熱機械處理工藝，使合金在空氣中的室溫拉伸延伸率提高到15％以上。 通過自行開發的提高合金中高溫抗蠕變性能的處理工藝，研制成功Fe-28Al-XCr系金屬間化合物材料。申請兩項發明專利并已獲得批準（專利號：ZL 93 1 14921.5）(專利號：ZL 93 1 21242.X)。 通過Cr, Ti, Mn, Ni, Mo等代位合金元素原子在Fe3Al基金屬間化合物合金亞點陣占位的中子衍射研究及交互作用能計算探討上述各元素對室溫塑性的影響。Fe3Al基合金熱加工過程中的變形織構研究。 在解決了該系列合金采用傳統工藝制備大體積材料、并獲得薄板的基礎上，開展了超塑性行為、可焊性研究，并提出優化的熱彎成型及焊接工藝。申請焊接發明專利一項，已公開（公開號：CN1251329A）。 Fe3Al基合金薄板在有色冶煉后處理含氧環境中的現場試驗結果顯示了它比不銹鋼優異的抗蝕性能。通過鑒定一項。 B2結構Fe3Al單晶力學行為各向異性機理研究。不同取向單晶宏觀拉伸切應力—切應變曲線形式、各階段加工硬化行為與各滑移系的激活方式、晶體轉動及位錯組態的演變直接相關。 目前，有關Fe3Al基合金冶煉、熱加工、焊接及組織性能控制的技術已經成熟，在普通鋼鐵企業現有的冶煉及軋制設備條件下，可以通過真空熔煉或非真空熔煉加電渣重熔工藝精煉來制備Fe3Al基合金鑄錠，通過鍛造及軋制設備生產各種規格的Fe3Al基合金板材；通過熱彎工藝及焊接工藝可獲得Fe3Al基合金焊管。

一、 項目簡介     將鋁合金作為陽極置于電解液中，施加電壓對其進行微弧氧化，通電后合金表面通過微等離子體放電，在非法拉第區進行復雜的熱化學、等離子化學和電化學過程，原位生成一層很薄的均勻絕緣氧化陶瓷層。該技術工藝簡單、處理效率高、成本低、無污染，獲得的陶瓷膜層具有很高的耐腐蝕、耐磨損、耐高溫的特點。對微弧氧化的工藝參數進行調整，可以獲得性能優良的耐海水腐蝕陶瓷膜，其耐海水腐蝕性能是純鋁的4倍。微弧氧化陶瓷膜耐海水腐蝕性能大大提高，對其在海水中的腐蝕機理進行分析，主要影響因素為陶瓷膜的厚度和陶瓷膜在生產過程中生的裂紋和孔洞，因此需要對其進行電沉積封孔，彌補這些缺陷。電沉積封孔后，陶瓷膜孔隙率大大降低，膜厚增加，復合涂層的耐腐蝕性能進一步提高，是微弧氧化陶瓷膜的2倍，是純鋁的8倍。     當前我國正在積極的發展海洋產業，耐海水腐蝕結構材料將會獲得越來越多的應用，因此耐海水腐蝕復合涂層可以大大的提高材料的壽命，從節能和環保兩個方面，可以獲得很好的經濟效益和社會效益。二、 項目技術成熟程度     微弧氧化復合涂層技術在實驗室條件下，生產的可重復性和穩定性非常好，在實驗室條件下，可以獲得100cm2的復合涂層，其耐腐蝕性能穩定，是純鋁材料的8倍。三、 技術指標     微弧氧化陶瓷膜厚度20-40μm，電沉積膜層厚度15μm，耐海水腐蝕性能是海水的8倍；四、 市場前景     船舶、海上石油平臺、海水養殖、海水制鹽等產業中需要大量的結構材料，通過微弧氧化和電沉積復合技術，在金屬表面生成一種復合涂層，其耐腐蝕性能是鋁金屬的8倍，從節能和環保兩個方面，都具有很重要的意義。五、 規模與投資需求     投資規模1000 萬元，其中廠房3000平米，電力2500千瓦。     主要設備有大功率微弧氧化電源，清洗池、氧化池、恒溫冷卻設備、天車，機加工等設備。六、 生產設備微弧氧化生產線。七、 效益分析按每年生產30萬平米計算，產值3000萬元，可獲利約1000萬。八、 合作方式面談。九、 項目具體聯系人及聯系方式項目負責人：曹曉明，電話：13902060727，聯系人：李世杰，電話：60208474  郵箱：caoxiaoming@hebut.edu.cn 。十、 附件：成果圖片圖1 封孔前后試樣浸泡海水45天后的腐蝕對比圖a. 微弧氧化試樣浸泡海水前；    b. 微弧氧化試樣海水腐蝕后；c. 微弧氧化+封閉處理試樣浸泡海水前；　d. 微弧氧化+封閉處理試樣海水腐蝕后圖2 不同試樣在質量分數為5%NaCl溶液中的動電位極化曲線

利用超疏水性能，可以實現表面自清潔等功能。若在金屬材料表面上制備超 疏水結構，開可以提高材料的耐腐蝕性能。為此，本項目分別在鋁合金、鎂合金 上制備了微納結構、并制備了 ZnO、Ti02及石墨烯陣列的超疏水結構，可望應用 于金屬防腐、焊料的潤濕、太陽能電池表面的自清潔等方面。實施條件:需要有對零件進行清洗、腐蝕和涂覆的場地和相應設備。 預算:投入5-50萬，隨處理的零件的大小和數量而變。

針對車用空調鋁合金葉片需要的硬度和耐磨型的要求，開發了基于 Ni-Co-P三元合金與硬質顆粒（Si N涂\A1203\Si02等的復合電鍍或復合化學 鍍層技術，產品性能與日本的表面處理技術相近，打破了日本對我國的技術封 鎖，目前該技術已在重慶某廠使用。市場及經濟效益分析：

本發明提供了一種長循環壽命的釩基固溶體貯氫合金，該合金解決了釩基固溶體貯氫合金在吸放氫循環過程中貯氫量衰減較快的問題。該貯氫合金屬釩基BCC型，化學式為VaTibCr(100-b-c-d-e)FecAldSie，式中，50≤a≤60，15≤b≤25，1≤c≤15，0＜d≤2，0＜e≤1(a，b，c，d，e均為原子百分含量)。該合金生產方法簡單，在氫的貯存、運輸以及燃料電池等方面具有廣泛的應用前景。

金剛石薄膜涂層硬質合金工具由于性能優異、成本相對較低(與PCD和金剛石厚膜釬焊工具相比、可以適應于復雜形狀工具襯底沉積、以及可能大批量沉積等優點, 具有非常好的市場前景。 金剛石薄膜涂層硬質合金工具開發的關鍵是解決金剛石薄膜在硬質合金襯底上的生長(沉積)和良好附著的技術。本項目成果采用獨特的襯底預處理和優化的金剛石膜沉積工藝已經解決了Co對金剛石膜生長和附著的有害影響問題。在YG類硬質合金工具襯底所沉積的金剛石膜涂層厚度最大可達20～30?m。用洛氏硬度壓痕法評定的金剛石膜附著力時的無裂紋臨界載荷達1500N以上。在銑削Al-12wt%Si合金時, 金剛石薄膜涂層的YG6銑刀比未涂層硬質合金刀片使用壽命可提高20倍以上。 本成果基于我們已經取得的兩項關于金剛石膜低溫沉積技術和硬質合金襯底激光預處理技術的發明專利(ZL 91 1 02584.7, ZL 93 1 19434.2 ), 以及最近完成的另外二項關于使用特殊鈷化物過渡層提高金剛石薄膜附著力的技術(已申請發明專利, 申請號: 99107912.4, 01130903.2)。此外, 本項目組正在進行工業化生產設備和技術的研究開發, 原型設備研制已接近完成, 其特點是摒棄通常CVD設備的平面沉積方式, 采用立體(空間)沉積方式, 因此可以一次沉積大量工件。最終工業化設備的目標是一次涂覆可轉位刀片(或鉆頭)300只以上。 本項目成果可用于開發各種金剛石薄膜涂層硬質合金工具和模具, 以及其它需要解決極度耐磨或降低摩擦的應用。