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鐵基形狀記憶合金是一種新型結(jié)構(gòu)功能材料。自90年代，我校已研究成功幾種Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形狀記憶合金，這些合金的屈服強(qiáng)度可達(dá)300～450MPa，完全回復(fù)的形狀記憶應(yīng)變已達(dá)3%，予應(yīng)變?yōu)?%時(shí)凈回復(fù)應(yīng)變可達(dá)5%，具有良好的單程形狀記憶效應(yīng)和形狀記憶完全性，合金中Cr、Ni元素的加入兼具有良好的耐腐蝕性。鐵基形狀記憶合金的應(yīng)用如下： 1

該技術(shù)采用共沉積+剝離+破碎法制備非晶合金粉末，擺脫了水霧法對(duì)非晶成形能力的限制，適用于可以與鐵、鈷、鎳一起共沉積元素合金體系非晶合金粉末的生產(chǎn)。該粉末適合用于磁性材料、催化劑等領(lǐng)域。 該成果已申請(qǐng)一系列（鎳基、鐵基、鈷基的非晶電鍍，非晶粉末，催化電極等）發(fā)明專利，已有部分取得授權(quán)。

項(xiàng)目涉及的產(chǎn)品是鈦基合金，具體包括鈦鐵合金、鈦鋁合金以及鈦鋁釩合金等，其廣泛用于冶金、國防、軍工、航空、航天以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前，現(xiàn)有的鈦及鈦合金等鈦材的利用流程仍全是高鈦渣/金紅石-高溫氯化-真空還原-精制-海綿鈦-破碎-真空熔煉-鈦材這一高能耗、高污染的高成本生產(chǎn)工藝。東北大學(xué)在國家973、國家自然科學(xué)基金以及企業(yè)重大科技攻關(guān)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助下，針對(duì)現(xiàn)有金屬熱還原法直接制備鈦基合金存在的鈦氧化物還原不徹底等技術(shù)難題，發(fā)明了基于噴吹金屬蒸氣深度多級(jí)還原直接冶煉鈦基合金的新技術(shù)，并突破了其噴吹金屬蒸氣深度還原裝備的技術(shù)難題，建成了噸級(jí)規(guī)模的基于噴吹深度多級(jí)還原裝備。成功制備出氧含量低于0.6%的低氧高鈦鐵；氧含量低于0.1%，氮含量低于200ppm的鈦鋁合金及鈦鋁釩合金，目前已完成20kg規(guī)模的放大試驗(yàn)，建成了噸級(jí)規(guī)模的基于噴吹深度多級(jí)還原核心裝備，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用階段。核心成果已獲得國家發(fā)明專利６項(xiàng)，整體技術(shù)及裝備水平世界領(lǐng)先。 項(xiàng)目研究形成了從方法-產(chǎn)品-裝備的原始創(chuàng)新，突破直接熱還原法制備鈦基合金的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了鈦合金的短流程清潔制備，為國家安全建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了戰(zhàn)略物質(zhì)保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。未來5年，我國特種鋼精煉用高鈦鐵合金用量可達(dá)30萬噸，若投資建立一條深度多級(jí)還原直接冶煉低氧高鈦鐵的生產(chǎn)線，可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量5000噸的規(guī)模，其總產(chǎn)值可達(dá)2.5億元以上，年均創(chuàng)造效益約5000萬元。建設(shè)一條1000噸規(guī)模的鈦鋁基鈦合金生產(chǎn)，其總產(chǎn)值可達(dá)2億元以上，年均創(chuàng)造效益約5000~8000萬元。因此項(xiàng)目建設(shè)將極大地拉動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)。

依據(jù)焊條在焊接過程中的冶金原理、并根據(jù)合金化機(jī)理和礦物粉的各自特性，以純鎳絲為焊芯，采用國產(chǎn)原材料研發(fā)出反比例配方的鎳基合金焊條NiCrFe-9。中國用于9%鎳鋼焊接的超低溫鎳基合金焊條全部依賴進(jìn)口。我國研制的SJTU-ENiCrFe-9鎳基合金焊條的工藝性能優(yōu)于同類國外產(chǎn)品（焊條無發(fā)紅現(xiàn)象、脫渣容易、熔渣覆蓋均勻）；焊條溶敷金屬拉伸性能與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)，超低溫沖擊功平均值高于同類國外產(chǎn)品約40%。

本成果為一系列鋁基合金材料，包括鋁硅合金、鋁碳化硅梯度復(fù)合材料以及高硅鋁合金殼體的成形方法和模具。將鋁硅合金粉末和鋁基復(fù)合材料的板坯直接鋪設(shè)進(jìn)行熱壓燒結(jié)，不需要經(jīng)過冷壓成型，減小熱膨脹系數(shù)，易于控制鋁基復(fù)合材料層的厚度和形狀，確保工藝的可重復(fù)。 將鋁硅合金與鋁碳化硅有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成具有多層梯度結(jié)構(gòu)的鋁硅/鋁碳化硅梯度復(fù)合材料，一方面利用鋁碳化硅復(fù)合材料的高強(qiáng)度和高模量，為電子器件提供良好的機(jī)械性能，另一方面充分發(fā)揮鋁硅合金的易加工、可鍍覆、可激光焊接等優(yōu)點(diǎn)，有利于加工成具有復(fù)雜形狀的封裝殼體，為高功率密度電子器件提供封裝保護(hù)。本成果還提供一種加工模具，可以對(duì)高硅鋁合金殼體的尺寸進(jìn)行約束，使得成型后尺寸偏差小，且通過模具設(shè)計(jì)可以獲得不同形狀大小的封裝殼體，成形后尺寸偏差小，合格率高。

本成果制備的高抗變色金色銅合金金色度高，不含貴金屬元素，成本較低，同時(shí)加入微量鈷，大大提高合金抗脫鋅腐蝕性能。通過首創(chuàng)的Cu-Fe合金短流程制備裝備及工藝制備出的Cu-Fe合金，經(jīng)過形變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化以及微米級(jí)/亞微米級(jí)/納米級(jí)Fe相多尺度協(xié)同析出強(qiáng)化等共同作用，使Cu-Fe合金具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性能。本成果提出一種合金化無氧銅的制備方法，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中無氧銅條在進(jìn)行生產(chǎn)功率模塊的熱處理工藝時(shí)，隨著熱的輸入，晶粒會(huì)急劇增大，從而在下一道接合工藝或是與其他零部件接合時(shí)發(fā)生各種故障問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了即使850℃高溫時(shí)，也可以抑制晶體顆粒增大。

成果描述：氫能做為一種新型能源，以其清潔、高效、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。貯氫合金是發(fā)展歷史最長、技術(shù)最為成熟的儲(chǔ)氫介質(zhì)，在體積儲(chǔ)氫密度、工作溫度、工作壓力、吸放氫動(dòng)力學(xué)性能和安全性等方面都具有優(yōu)勢。 常用的AB5、AB2及AB型儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫量一般都不超過2wt%，限制了其工程應(yīng)用。釩鈦基儲(chǔ)氫合金具有超過3.8wt%的理論貯氫量，常溫附近放氫量可接近3.0wt%，熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能良好，有望在燃料電池驅(qū)動(dòng)的器件上得到廣泛應(yīng)用。 在863和各級(jí)省市政府支持下，已經(jīng)形成如下技術(shù)成果： 1.形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的V-Ti-Cr-Fe四元合金體系，其釩含量可在20-60wt%變化； 2.這類合金多數(shù)可用價(jià)廉的FeV80中間合金制備，相對(duì)于用純金屬釩制備，合金材料成本下降到10%左右，解決了這類合金應(yīng)用的成本制約因素； 3.這類合金無需活化處理，可直接在室溫下吸放氫，298K下6分鐘內(nèi)合金吸氫量普遍超過3.6wt%； 4.截止壓為0.01MPa時(shí)，部分合金298K放氫量超過2.5wt%，278K吸氫后333K放氫量超過3.0wt%，是目前已見報(bào)道的含F(xiàn)e的低成本釩鈦基儲(chǔ)氫合金中0.01MPa截止壓下放氫量最高的。市場前景分析：近年來，用質(zhì)子交換膜燃料電池驅(qū)動(dòng)的便攜電源、不間斷電源、燃料電池自行車、三輪代步車等在國內(nèi)外市場上悄然興起，氫燃料電池汽車、潛艇等技術(shù)也逐漸成熟并形成市場，釩鈦基貯氫合金可以作為氫源為質(zhì)子交換膜電池提供氫氣。與同類成果相比的優(yōu)勢分析：低成本釩鈦基貯氫合金項(xiàng)目已與加拿大和國內(nèi)2家企業(yè)等企業(yè)開展合作，其中擬與加拿大開展合作建立低成本釩鈦基貯氫合金生產(chǎn)線。國內(nèi)正共同開發(fā)制氫-貯氫-燃料電池-燃料電池汽車示范工程，釩鈦基貯氫合金系統(tǒng)將作為其中重要的一環(huán)。

化石能源的枯竭和環(huán)境污染問題是推動(dòng)全球新能源開發(fā)熱潮的兩大因素。氫能做為一種新型能源，以其清潔、高效、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。貯氫合金是發(fā)展歷史最長、技術(shù)最為成熟的儲(chǔ)氫介質(zhì)，在體積儲(chǔ)氫密度、工作溫度、工作壓力、吸放氫動(dòng)力學(xué)性能和安全性等方面都具有優(yōu)勢。 常用的AB5、AB2及AB型儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫量一般都不超過2wt%，限制了其工程應(yīng)用。釩鈦基儲(chǔ)氫合金具有超過3.8wt%的理論貯氫量，常溫附近放氫量可接近3.0wt%，熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能良好，有望在燃料電池驅(qū)動(dòng)的器件上得到廣泛應(yīng)用。 在863和各級(jí)省市政府支持下，已經(jīng)形成如下技術(shù)成果： 1.形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的V-Ti-Cr-Fe四元合金體系，其釩含量可在20-60wt%變化； 2.這類合金多數(shù)可用價(jià)廉的FeV80中間合金制備，相對(duì)于用純金屬釩制備，合金材料成本下降到10%左右，解決了這類合金應(yīng)用的成本制約因素； 3.這類合金無需活化處理，可直接在室溫下吸放氫，298K下6分鐘內(nèi)合金吸氫量普遍超過3.6wt%； 截止壓為0.01MPa時(shí)，部分合金298K放氫量超過2.5wt%，278K吸氫后333K放氫量超過3.0wt%，是目前已見報(bào)道的含F(xiàn)e的低成本釩鈦基儲(chǔ)氫合金中0.01MPa截止壓下放氫量最高的。 主要技術(shù)指標(biāo)：1.298K下吸氫量大于3.6wt%。 2.截止壓力為0.01MPa時(shí)，298K下放氫量大于2wt%；部分合金的放氫量大于2.5wt%，278K吸氫后333K放氫量超過3.0wt%。 應(yīng)用范圍：近年來，用質(zhì)子交換膜燃料電池驅(qū)動(dòng)的便攜電源、不間斷電源、燃料電池自行車、三輪代步車等在國內(nèi)外市場上悄然興起，氫燃料電池汽車、潛艇等技術(shù)也逐漸成熟并形成市場，釩鈦基貯氫合金可以作為氫源為質(zhì)子交換膜電池提供氫氣。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣是一種復(fù)雜薄壁零件，其加工變形問題是我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。機(jī)匣毛坯組織結(jié)構(gòu)的均勻性是影響機(jī)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(qiáng)度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)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(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)均勻性檢測與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，有助于準(zhǔn)確判斷毛坯制造質(zhì)量，表征制造工藝改進(jìn)的有效性，降低機(jī)匣加工變形概率。 超聲檢測具有穿透能力強(qiáng)，靈敏度和分辨率高、可定位和定量檢測等優(yōu)點(diǎn)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)大規(guī)格高溫合金構(gòu)件制造質(zhì)量檢測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。超聲檢測信號(hào)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(píng)價(jià)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(biāo)簡單、閾值設(shè)置嚴(yán)格、誤判率高，無法適應(yīng)不斷改進(jìn)的制造工藝。 組織結(jié)構(gòu)超聲定量評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)準(zhǔn)確性為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題。超聲波在鎳基高溫合金中傳播時(shí)，受到晶界、相界、孿晶等復(fù)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(duì)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模與評(píng)價(jià)，會(huì)因信息量的缺失而導(dǎo)致評(píng)價(jià)誤差大；若增加檢測參數(shù)規(guī)模，則會(huì)導(dǎo)致所對(duì)應(yīng)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(píng)價(jià)為主要研究對(duì)象，圍繞如何利用協(xié)同進(jìn)化算法求解定量評(píng)價(jià)的大規(guī)模優(yōu)化問題、以及如何同時(shí)利用多種微觀組織特征參數(shù)對(duì)鎳基高溫合金進(jìn)行綜合表征展開研究。科研成果為航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣鎳基高溫合金毛坯制造質(zhì)量檢測、評(píng)價(jià)、性能預(yù)測提供技術(shù)支持，為制造工藝改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持，也可進(jìn)一步推廣至其它高溫合金、鈦合金等材料中。

本項(xiàng)目在高性能鎂合金以及鎂基復(fù)合材料的制備和成型工藝、變形行為、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、阻尼特性、摩擦磨損行為、機(jī)械加工、表面處理等方面開展了大量的系統(tǒng)研究，開發(fā)了輕質(zhì)、高比強(qiáng)、高比剛并同時(shí)具有高阻尼的新型鎂合金及鎂基復(fù)合材料。這些新型鎂合金及其復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用前景。