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本團隊基于電磁冶金領域二十余年的積累，掌握了銅合金領域最具挑戰性的銅鉻鋯合金的非真空熔煉-長尺寸大卷重電磁連鑄技術，開發出易偏析銅合金合金超細化與均質化連鑄技術、高性能銅合金多模式定制磁場凈化技術等一系列具有自主知識產權的核心技術。 一、項目分類 關鍵核心技術突破、顯著效益成果轉化 二、成果簡介 本團隊基于電磁冶金領域二十余年的積累，掌握了銅合金領域最具挑戰性的銅鉻鋯合金的非真空熔煉-長尺寸大卷重電磁連鑄技術，開發出易偏析銅合金合金超細化與均質化連鑄技術、高性能銅合金多模式定制磁場凈化技術等一系列具有自主知識產權的核心技術。相關技術應用于高強高導高彈銅合金領域如銅鉻鋯合金、銅鎳錫合金、銅鈦合金、銅碲合金及超高純無氧銅的規模化制備等都取得較好的效果。 1）銅鉻鋯非真空熔煉-電磁連鑄技術 由于鉻、鋯元素和氧的親和力較大，所以合金元素的燒損是銅鉻鋯合金的熔煉必須解決的問題。本項目團隊在銅合金熔煉，特別是銅鉻鋯合金的非真空熔煉方面，開展了近20年的研究，開發了一系列具有自主知識產權的非真空熔煉連鑄技術、成分穩定控制技術、合金熔體潔凈化技術等，獲授權發明專利和實用新型專利近20項。本團隊已在完成中試級表面光滑、內部致密無裂紋、成分均勻的全等軸晶銅鉻鋯棒線材，鑄態宏觀晶粒度經上海材料研究所測定為M-9.0級。此外，本團隊從前期研究中，從塑形變形工藝和熱處理工藝角度，提出采用多道次連續擠壓及熱處理工藝優化銅鉻鋯合金想性能的方法，并成功將銅鉻鋯棒材性能的抗拉強度提高到654MPa，斷后延伸率為13.5%，且電導率還能保持在79.3%IACS；這遠遠高于2017年電車線用銅鉻鋯合金線材國家標準的性能要求：抗拉強度＞570MPa，塑性＞3%，電導率＞75%IACS。相關技術已與世界五百強新興際華集團下屬新興發展集團有限公司達成1800萬元專利轉讓。 2）高均質超細晶電磁連鑄技術 傳統連鑄制備過程中多元銅合金如銅鉻鋯合金等常存在組織粗大、成分偏析等問題，這將會嚴重影響后續的材料加工過程，導致在后續的軋制，擠壓等工藝過程中很容易產生軋制裂紋等缺陷。本團隊開發的電磁場連鑄過程易偏析合金超細化與均質化調控技術，能在連鑄過程中，充分攪拌熔體，均勻化凝固前沿溫度，實現易偏析合金的超細化與均質化。該技術已被應用于銅鎳錫合金的連鑄中，實現了該合金連鑄制備的超細化和均質化，所制備全等軸晶銅鎳錫合金鑄態組織宏觀晶粒度達到M-10.0級。目前該技術已實現中試級百米長度的連續電磁鑄造，且已與寧波博威、上海中船重工711研究所、銅陵金威、溫州元鼎等開展合作。進一步將該技術推廣于銅碲、銅鐵、銅鈦的連鑄，均取得了極為優異的細晶、表面光潔、成分均勻的連鑄效果。 3）超高純無氧銅電磁連鑄技術 金屬材料純凈度是提高其力學和電學等綜合性能的關鍵因素，是制備高品質金屬材料的關鍵環節。高端金屬材料中夾雜物和氣泡對材料性能影響巨大，許多高端金屬材料的開發都取決于這類缺陷的控制水平。本團隊參與開發的金屬連鑄多模式定制磁場凈化技術，已成功應用于高純高導無氧銅材料的制備，可將銅中氧含量中降低3ppm以下，達到目前世界無氧銅的最高標準——美國ASTM≤3ppm。與此同時，該高純無氧銅的電導率高達100.1%IACS，目前已全面取代進口并用于我國蘭州重離子加速器、散裂中子源大科學裝置、美國Michigan大學FRIB裝置等重大科學裝置建設。該項技術已獲得2015年度上海市技術發明一等獎，2015年度教育部自然科學二等獎，2015年度教育部技術進步二等獎等獎項。目前該技術已與福建紫金銅業、上海上大眾鑫科技發展有限公司、寧波興業、寧波金田等開展深入合作。

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鎂合金是作為一種輕質金屬結構材料，具有密度低、比強度和比剛度高、阻尼性能好、電磁屏蔽效果好、鑄造性能優良和加工性能好的優點，獲得了廣泛的應用前景。在鎂合金產業化應用過程中，稀土往往作為制備過程中的優化劑來改善合金的熔體純凈度、晶粒細化度及產品外觀質量，同時可大幅度提升合金的強度與延伸率。但是目前普遍使用的稀土鎂合金強度低導熱性能差，限制了其大規模應用。因此，開發具有高導熱性、高強度的鎂合金對于擴大鎂合金在 5G 通信、3C 器件及汽車產品等需要高散熱領域的應用，具有極其重要的意義。 高導熱高強度鎂合金是在一定配比的 Mg-Zn-Zr 系列合金中添加 Nd 稀土金屬，Nd 的添加可以改善合金的熔體純凈度、晶粒細化度及產品外觀質量，并有效析出基體中的 Zn和 Zr 原子，有效提升合金的導熱性能和力學強度。鎂合金的導熱性能可以通過導熱率來體現，力學性能可以通過抗拉強度，屈服強度體現。高的導熱性能可以保證合金在散熱器件領域的熱導性能指標，使器件可以具有較快的熱量傳輸能力，使設備內部熱量及時排出;高的力學強度可以保證合金作為結構件的力學性能指標，使其作為結構件更為可靠。相較于傳統鎂合金，團隊通過添加 Nd 稀土元素可以有效提升鎂合金的導熱性能和力學強度，Nd 一般分布于晶界，可以弱化鎂合金的織構，提升鎂合金各晶粒之間的協調能力:而且 Nd 在鎂合金成型過程中可以與 Zn 原子結合形成熱穩定的第二相，促進動態再結晶提升鎂合金的強度:此外，Nd 元素的添加會與基體中的 Zn 元素結合，減弱基體中的晶格畸變，提升鎂合金的熱導率。

一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 盧弘毅 信息與安全工程學院環境工程 2020年九月 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 周靖承 信息與安全工程學院 講師 工程技術管理 四、項目簡介 Ⅰ度公益社是掛靠在信息與安全工程學院的校級環保公益社團，是環境科學與工程系產學研師生一體化的社會服務平臺，由多位博士、教授組成的專家團進行一對一項目定向指導，依托信息與安全工程學院環境科學與工程系和安環實驗教學中心開展一系列活動。

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