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一、研究背景 熱浸鍍鋅是用于鋼鐵材料腐蝕防護最主要的方法之一。為了應對現代科技對鋼鐵耐腐蝕性日益增長的要求，歐美、日韓等一些發達國家先后研發出了一批具有高耐腐蝕性的熱浸鍍用Zn-Al系合金材料（見表1），尤其是Zn-Al-Mg合金具有優異的耐腐蝕性，如日本新日鐵公司開發的SuperDyma合金鍍層，耐蝕性大約為普通純鋅鍍層的15倍以上，可與部分不銹鋼相媲美，但是成本遠低于不銹鋼產品，具有極大的市場價值。 我國是世界上最大的熱鍍鋅板生產國，而山東省的熱鍍鋅板產能位居全國第一，但絕大部分為普通鍍鋅板，以及少量的鍍鋁鋅硅板產品。因此，研究和開發高耐腐蝕性Zn-Al-Mg合金鍍層材料，對山東省鋼鐵材料產業的轉型升級具有非常重要的經濟和社會價值。 二、項目內容 本項目系統研究了Ti, Sb元素對熱浸鍍Zn-11Al-3Mg合金組織與性能的影響。通過XRD對Zn-11Al-3Mg-Ti-Sb合金試樣進行了物相分析，通過SEM和EDS觀察和分析了合金試樣的組織結構，通過洛氏硬度計測量分析了合金試樣的硬度性能，通過電化學阻抗分析和電化學極化分析，研究了不同含量Ti、Sb元素對合金耐腐蝕性能的影響，并在實驗室進行了鋼板熱浸鍍實驗。 三、項目產業化可行性分析 前已述及，本項目市場前景非常廣闊，目前日韓等國生產的熱浸鍍Zn-Al-Mg板材在國內市場已有銷售，售價比國內普通熱鍍鋅板貴一倍以上，產品增值極為顯著。本項目技術創新達到了國內領先水平，已經獲得國家發明專利授權（圖4），技術轉化條件趨近成熟，實驗室也進行了小批量的熱浸鍍實驗。我們希望與省內具有較強實力的熱浸鍍板生產廠家進行合作，繼續完成相關性能的測試和中試試驗，早日實現該項目的產業化生產。 四、項目負責人及團隊簡介 項目負責人：周國榮，博士，副教授，目前主要從事金屬板材涂鍍材料的研究，承擔山東省重點研發計劃1項，完成山東省博士基金1項，同時參與了多項國家和省部級項目的研究，已發表SCI/EI收錄的研究論文20余篇，已獲國家發明專利授權3項，曾于2011年10月赴韓國國立慶尚大學訪學1年； 項目組成員包括教授1人、副教授2人、講師2人、碩士研究生2人，秉持嚴謹踏實、團結協作的精神，致力于實踐“學以致用、學有所用”的宗旨，期望發揮高校科研能力強之長，增補企業研發力量弱之短，努力實現產學研緊密結合，將實驗室的科研能力轉化為企業的產品競爭力，為祖國早日成為世界制造強國添磚加瓦！

該項目屬于粉末冶金學科。高性能特種材料具有其他材料不具備的特殊性能，在高技術領域中具有不可取代的關鍵作用。然而，這類材料往往硬度高、脆性大，難以采用傳統技術加工制備，成為許多國防和民用高技術裝備發展的瓶頸。為此，項目基于粉體流變成形原理，研發了難加工材料的近終形制造新技術，廣泛應用于國防和民用高技術領域。

國家“863”支持項目。采用一種新的制造技術，制造<110>軸向取向多晶棒材，在5MPa預應力和500 Oe磁場下的磁致伸縮系數達l//=950-1150ppm，重復性好，一致性高，工藝易于控制，成品率高。已獲國家發明專利，擁有自主知識產權。 材料的應用領域及市場前景預測 (1) 國防、航空航天和高技術領域：主要用于制造聲納用水聲換能器與水聲對抗換能器、線性馬達、燃油噴射器、傳感器、噪聲與振動控制系統等，可用于航空飛行器、地面運載工具和武器等。據預測2015年此領域的世界市場額將達到3.3億美元。 (2) 運輸領域：主要用于反噪聲、減振和消振、剎車系統、燃油噴射系統、閥門、泵和線性馬達等。預測2015年世界需求量將達到10.5億美元，是本世紀初用量最大的領域。 (3) 現代高技術領域：主要用于超聲波技術、波動采油技術、海洋通訊、海洋開發與勘察、海洋捕撈等。預計2015年此領域的世界市場額將達到3.3-4.0億美元。

新金屬材料國家重點實驗室噴射成形技術研究室現有副教授以上研究人員4人，其中教育部長江學者獎勵計劃特聘教授1人，留學回國人員3人，長期從事噴射成形及其它材料制備成形技術和新材料的研究開發，在相關理論和應用研究方面取得了一定的成果，積累了豐富的經驗。已經發表相關論文100余篇，申請國家發明專利3項。 噴射成形是一項21世紀新材料開發和傳統材料性能提升的先進制備技術，廣泛應用于國民經濟和國防建設的各個領域。 噴射成形高性能鋁合金研究與應用： (1)高硅鋁合金：具有良好的綜合力學性能以及高溫耐磨性能，廣泛應用于汽車、機械和電子工業。 (2)超高強度高韌性鋁合金：室溫抗拉強度達到850MPa以上，同時具有良好的塑韌性和抗應力腐蝕能力，在航空航天工業、核工業、交通運輸工業等領域有重要作用。 噴射成形電子材料研究與應用： (1)Cu-Cr電觸頭材料：合金中Cr相顆粒的尺寸明顯細化，觸點的開關性能明顯提高，使其成為高性能大容量真空開關的優良材料。 (2)輕質Si-Al封裝材料：具有低密度、高導熱率和與半導體材料相近的熱膨脹系數，是理想的新型電子封裝材料，尤其適用于航空航天等需要輕質低膨脹封裝材料的應用領域。 新型高溫（>1200℃）抗氧化耐磨材料研究與應用： 在高溫磨損條件下可以保持良好的抗氧化性能，廣泛適用于高溫加熱爐等應用領域。

導電聚合物不僅在國家安全、國民經濟，而且在工業生產和日常生活等領域都有極大的應用價值。導電聚合物具有防靜電的特性，可以用于電磁屏蔽。導電聚合物具有摻雜和脫摻雜特性，可以做可充放電的電池、電極材料；它對電信號的變化非常敏感，因此可以做傳感器；能夠吸收微波，因此可以做隱身飛機的涂料；利用導電聚合物可以由絕緣體變為半導體再變為導體的特性，可以使巡航導彈在飛行過程中隱形，然后在接近目標后絕緣起爆；與納米技術相結合，導電聚合物可以制成分子導線材料，制作分子器件和其它電子元件。 利用介孔硅為模板，在其孔道里封裝導電高分子聚吡咯，形成了新的核-殼型導電高分子納米復合材料。復合材料中聚吡咯的分解溫度分別比純樣（240度分解）高出50-80度，其熱穩定性提高了約20%-30%。在加電場誘導下，聚吡咯分子鏈上的自由電子或空穴載流子遷移而產生界面極化引起高的電流變效應。 采用嵌段共聚物（P123）為結構定向劑，分別在碳納米管（CNT）及納米Fe3O4存在下，以原位化學氧化聚合的方法制備出良好導電、磁性能的聚吡咯基納米復合材料。當碳納米管的含量超過20%時，其導電率已經達到7.0 S/cm。隨Fe3O4含量的增大，復合材料的磁化強度可達24.6emu/g。

地聚合物(Geopolymer)是一種以無機SiO4、AlO4四面體為主要組成，結構上具有空間三維網狀鍵接結構的新型無機硅鋁膠凝材料。/line原材料（高嶺土、堿性激發劑溶液、硅鋁質材料）來源廣泛，室溫條件下養護，生產能耗低，CO2排放量低。/line快硬、早強，且長期強度高；低收縮；高抗滲；耐高溫、防火性能好；對重金屬離子的固封效率高；具有非常優異的耐久性能/line高抗滲/line耐高溫、防火性能好，可抵抗1000~1200℃高溫的熾烤而不損壞，導熱系數為0.24～0.38W/m?K/line對重金屬離子的固封效率高，對Pb、Cr、Cu、Zn、As、Hg和Cd等重金屬離子的固封效率在95%以上/line具有優異的耐久性能，與同強度等級硅酸鹽水泥的抗酸、硫酸鹽和氯鹽侵蝕能力相比，壽命可提高一個數量級。

混凝土結構因其脆性大的弱點，在工程應用中往往不可避免產生開裂。混凝土結構 因開裂導致混凝土結構水密性下降、滲漏，影響工程的使用壽命，甚至無法正常使用。 目前，防水材料眾多，可分為柔性防水與剛性防水兩大類。從國外內多年的實踐證明， 傳統的柔性防水材料雖然具有柔性特點，耐久性也較好，但與基面混凝土粘結力弱，尤 其在基面潮濕或有滲水的情況下無法使用，不宜作背水面和潮濕基面的防水。剛性水泥 基防水材料具有柔性材料無法比擬的性能而廣泛應用。但目前普遍使用的水泥基防水材 料大部分屬表面密封防水劑，存在防水效果只作用在表面，不能自動、深入地滲透到結 構內部；防水效果不持久，隨著時間開始持續的退化過程；一旦防水涂層遭到破壞，防 水能力隨之喪失等弱點。從混凝土結構開裂原因、工程應用特點與防水特性分析認為， 開發出具有微細裂縫自愈合、滲透結晶、可在背水面施工等特點的永久性水泥基滲透結 晶型防水材料十分必要，而且應是無毒、無污染，符合可持續發展的產品。 本發明專利是一種水利、水電、橋梁、隧道、地下、建筑等工程中水泥、砂漿、混 凝土防水、防滲漏的高性能水泥基滲透結晶型防水涂層材料。 本發明是一種由活性化學物質、硅酸鹽水泥、石英砂等配制而成的粉狀防水材料， 是有機化學物質與無機化學物質的混合體，通過深入結晶過程對混凝土進行有效防水。 當本產品與水拌和后，形成具有一定觸變性、流態漿體，涂刷在潮濕的混凝土基層上， 活性成分滲透進混凝土內部，并反應生成不溶性的晶體。其活性化學物質與混凝土中未 水化的水泥顆粒發生水化反應，并促進水泥水化，形成水泥水化晶體，生成的大量晶體 填充、封堵混凝土的孔隙和毛細管，使水無法進入混凝土從而達到防水的目的。混凝土 干燥時，活性化學物質處于休眠狀態；有水滲入時，該物質繼續水化生成新的結晶自動 修補，從而達到永久防水作用。可廣泛用于水泥混凝土工程的防水、防滲漏、防潮。

該項目屬于粉末冶金學科。高性能特種材料具有其他材料不具備的特殊性能，在高技術領域中具有不可取代的關鍵作用。然而，這類材料往往硬度高、脆性大，難以采用傳統技術加工制備，成為許多國防和民用高技術裝備發展的瓶頸。為此，項目基于粉體流變成形原理，研發了難加工材料的近終形制造新技術，廣泛應用于國防和民用高技術領域。主要發明點如下：1. 發明了高性能特種材料的粉末注射成形新工藝，實現了金屬鎢、氮化鋁、含氮不銹鋼等難加工材料制品的近終形制造；發明了專用注射成形機、側抽芯新結構模具等關鍵工藝裝備；創立了基于機器視覺的粉末注射成形產品尺寸和外觀質量在線自動檢測、工業機器人動態抓取和分揀軟硬件系統，首次實現了全自動化生產和高質量穩定性控制，生產效率提高 6 倍以上。2. 首創了適合注射成形的近球形微細特種粉體制備和改性新技術。提出基于酸根離子的化學推進劑理論，創立了可控溶液燃燒合成難熔金屬和氮化物反應體系和工藝，制備出粒徑小于 50nm 的高分散近球形氮化鋁和鎢基粉體。創立了“氣流分級分散-等離子球化”粉體改性技術，制備出滿足精密多孔陰極需要的細粒徑窄分布（5±2μm）球形鎢粉。3. 發明了適合不同材料的粘結劑體系及成形和高效脫脂工藝。提出基于聚合物功能基團的多組元粘結劑設計原理，創立了兩相流協調運動模型，闡明了兩相分離和缺陷產生的不確定性機制，發明了殘碳型、低殘留型和高粘性粘結劑體系，有效解決了坯體兩相分離、變形、增氧、缺陷等控制難題，產品尺寸精度達到±0.2%。4. 發明了多孔脫脂坯強化燒結致密化和組織性能精確調控技術。提出金屬鎢的低溫無壓活化燒結致密化理論和鈍化處理孔隙結構精確調控技術，突破了高致密度鎢的細晶化和多孔鎢的孔隙均勻化技術瓶頸，燒結金屬鎢電極的晶粒尺寸僅 570nm，抗電子轟擊性能提高 2 個數量級，多孔鎢的活性物質填充量提高 20%；綜合利用液相燒結和殘碳“脫氧”原理，解決了氮化鋁高致密化、晶界相控制和晶格凈化等難題，熱導率高達 248W·m-1·K-1。項目授權中國發明專利 60 項、實用新型專利 65 項，申請 PCT 專利 2 項，軟件著作權 6 項，合作出版著作 5 部，發表 SCI 論文 104 篇。項目引領了粉末注射成形行業發展，建成了世界規模最大的粉末注射成形生產線。科技成果評價專家組認為：“創新性強，屬于重要的軍民兩用技術”；“為我國國防先進武器和民用工業領域研制和生產了多種關鍵零件”；“應用成效明顯，整體技術達到國際領先水平”。獲教育部技術發明一等獎 2 項、中國有色金屬工業技術發明一等獎 1項。成果推廣應用于 20 余家企業，建成生產線 47 條。近三年，新增銷售 54.09億元，新增利潤 7.05 億元，多種產品解決了國防裝備建設和研發的“卡脖子”問題，社會經濟效益顯著。

項目獲國家973、863計劃支持，獲得國家科技進步二等獎1項、省部級科技一等獎3項，發明專利20余項。

鋁基原位（In-situ）納米復合材料是以鋁合金為基體、反應合成納米陶瓷顆粒為增強體的新興高性能納米復合材料，獨特的原位納米增強體、復雜的陶瓷顆粒/金屬鋁合金界面結構、復合構型特征等結構特點，賦予其高的比強度、出色的抗疲勞能力、良好的耐熱性、耐磨性以及高阻尼等結構-功能一體化特性，在航空航天、國防軍事、交通運輸、電子信息和精密儀器等高技術領域具有廣闊的應用前景，成為納米材料與金屬材料交叉領域中新興的高性能復合材料之一。 然而，該材料涉及到原子物理、凝聚態物理、化學、界面科學、納米材料