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（1）研發(fā)了系列新型高強(qiáng)高韌鑄造輕合金材料，支撐了復(fù)雜鑄件性能提升。 1）研發(fā)出一種新型高強(qiáng)韌鋁硅合金。開發(fā)出一種新型高強(qiáng)韌鋁硅合金及其制備方法；提出一種混合稀土和Sr元素的復(fù)合變質(zhì)方法，縮小枝晶間距并細(xì)化共晶硅；研究出合適的熱處理制度；闡明了變質(zhì)劑組成與含量對變質(zhì)效果的影響規(guī)律，基于此顯著提高了鋁硅合金的綜合力學(xué)性能。有效解決了現(xiàn)有鋁合金鑄件易發(fā)生的裂紋、伸長率低、屈服強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)等缺陷和問題。 2）研發(fā)出一種低成本高強(qiáng)耐熱稀土鎂合金。開發(fā)出一種添加低成本混合稀土的新型多元稀土鎂合金材料；揭示了混合稀土對鎂合金相變規(guī)律的影響機(jī)制；研究出準(zhǔn)晶增強(qiáng)稀土鎂合金的高溫固溶T6熱處理工藝；開發(fā)出兼具優(yōu)良的室溫與高溫力學(xué)性能的低成本稀土鎂合金；解決了現(xiàn)有鎂合金鑄件易產(chǎn)生冷隔、強(qiáng)度低、韌性差等問題。 3）研發(fā)出一種新型高強(qiáng)韌鈦合金。開發(fā)出一種α+β型雙相高強(qiáng)高韌鈦合金，揭示了合金在凝固-熱等靜壓-熱處理過程中微觀組織的演變規(guī)律；研究出調(diào)控相組成及相形態(tài)的雙級固溶時(shí)效熱處理制度，形成了以等軸和籃網(wǎng)為主要特征的基體組織，使合金的強(qiáng)度和韌性同步提升。解決了現(xiàn)有鑄造鈦合金強(qiáng)度和韌性偏低、鑄造成形性差等問題。 （2）研發(fā)了鑄造全流程模擬仿真系統(tǒng)，提出了高效的單件化鑄造數(shù)值模擬方法，實(shí)現(xiàn)了高性能復(fù)雜鑄件的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)。 1）提出了一種鑄造原輔材料熱物性參數(shù)高精度求解方法。提出了基于實(shí)驗(yàn)測溫與數(shù)值模擬反求的熱物性參數(shù)求解方法，實(shí)現(xiàn)了面向數(shù)值模擬的熱物性參數(shù)高精度求解；建立了反熱傳導(dǎo)法求解鑄件/鑄型界面換熱系數(shù)的數(shù)學(xué)模型,降低了界面關(guān)鍵參數(shù)求解誤差；研發(fā)了高精高效的熱物性參數(shù)反求平臺-華鑄PIS，創(chuàng)建了鑄造原輔材料高精度熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫。 2）研發(fā)了鑄造合金熔煉-復(fù)雜鑄件充型凝固-熱處理的鑄造多物理場全流程高效模擬平臺。建立了電磁、速度、壓強(qiáng)、濃度、溫度的多物理場耦合數(shù)學(xué)模型，自主研發(fā)了從鑄造合金熔煉到復(fù)雜鑄件充型凝固到熱處理的鑄造全流程模擬仿真平臺，為鑄造工藝優(yōu)化提供了工具；提出一種數(shù)據(jù)內(nèi)存動(dòng)態(tài)自適應(yīng)劃分技術(shù)，解決了SOLA流動(dòng)場求解數(shù)據(jù)耦合干擾難題，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模鑄造流動(dòng)場模擬問題的并行高效求解。 3）提出縮孔縮松缺陷定量預(yù)測與單件化模擬工藝優(yōu)化方法。提出雙高分配原則縮孔縮松預(yù)測模型，解決了復(fù)雜鑄件縮孔縮松高精度預(yù)測難題；提出了針對高性能復(fù)雜鑄件不同批次的單個(gè)鑄件模擬方法，建立關(guān)鍵工藝參數(shù)波動(dòng)對典型缺陷的多元回歸關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)了基于單件化模擬仿真的高性能復(fù)雜鑄件缺陷控制與工藝優(yōu)化。 （3）建立了鑄件生產(chǎn)全生命周期的單件化柔性化質(zhì)量管理模型，實(shí)現(xiàn)了高性能復(fù)雜鑄件質(zhì)量問題的單件化、全過程、全要素溯源。 1）創(chuàng)建了基于PLM理論和TQM理論的鑄件單件化管理模型。基于產(chǎn)品全生命周期PLM理念以及多智能體技術(shù)，構(gòu)建了鑄造串并聯(lián)多工位單件化的缺陷溯源模型；建立鑄件單件及作業(yè)過程信息模型和組批、混批、拆批模式下單件自動(dòng)生成、感知、標(biāo)記、進(jìn)度跟蹤的控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)雜鑄件單件化缺陷溯源。 2）創(chuàng)建了支持業(yè)務(wù)即時(shí)重構(gòu)的參數(shù)配置式多維度鑄造柔性化管理模型。創(chuàng)建了支持鑄造數(shù)字化管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)即時(shí)重構(gòu)的參數(shù)配置式多維度鑄造柔性化管理模型，解決了剛性管理系統(tǒng)可重用性低、應(yīng)變能力弱和實(shí)施周期長的難題，支撐不同領(lǐng)域不同類型鑄造企業(yè)隨環(huán)境變化、自身發(fā)展等柔性進(jìn)行的組織變革、流程變更和管理改善，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)按需柔性化管理。 3）創(chuàng)建了基于TLBO\GA\BSA元啟發(fā)式算法優(yōu)化理論的鑄造智能化管理模型。創(chuàng)建基于改進(jìn)性教與學(xué)算法（TLBO）、遺傳算法（GA）、回溯搜索算法（BSA）等元啟發(fā)式算法優(yōu)化理論的鑄造智能化管理模型和技術(shù)，解決了鑄件異步熱工序組爐復(fù)雜條件下工序生產(chǎn)調(diào)度IPPS組合優(yōu)化難題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)智能決策管理以及多品種大容量鑄件高效生產(chǎn)。

一、研究背景 熱浸鍍鋅是用于鋼鐵材料腐蝕防護(hù)最主要的方法之一。為了應(yīng)對現(xiàn)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(fā)達(dá)國家先后研發(fā)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(yōu)異的耐腐蝕性，如日本新日鐵公司開發(fā)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(yuǎn)低于不銹鋼產(chǎn)品，具有極大的市場價(jià)值。 我國是世界上最大的熱鍍鋅板生產(chǎn)國，而山東省的熱鍍鋅板產(chǎn)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(chǎn)品。因此，研究和開發(fā)高耐腐蝕性Zn-Al-Mg合金鍍層材料，對山東省鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級具有非常重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。 二、項(xiàng)目內(nèi)容 本項(xiàng)目系統(tǒng)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(jìn)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(jié)構(gòu)，通過洛氏硬度計(jì)測量分析了合金試樣的硬度性能，通過電化學(xué)阻抗分析和電化學(xué)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了鋼板熱浸鍍實(shí)驗(yàn)。 三、項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化可行性分析 前已述及，本項(xiàng)目市場前景非常廣闊，目前日韓等國生產(chǎn)的熱浸鍍Zn-Al-Mg板材在國內(nèi)市場已有銷售，售價(jià)比國內(nèi)普通熱鍍鋅板貴一倍以上，產(chǎn)品增值極為顯著。本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利授權(quán)（圖4），技術(shù)轉(zhuǎn)化條件趨近成熟，實(shí)驗(yàn)室也進(jìn)行了小批量的熱浸鍍實(shí)驗(yàn)。我們希望與省內(nèi)具有較強(qiáng)實(shí)力的熱浸鍍板生產(chǎn)廠家進(jìn)行合作，繼續(xù)完成相關(guān)性能的測試和中試試驗(yàn)，早日實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 四、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及團(tuán)隊(duì)簡介 項(xiàng)目負(fù)責(zé)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(dān)山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃1項(xiàng)，完成山東省博士基金1項(xiàng)，同時(shí)參與了多項(xiàng)國家和省部級項(xiàng)目的研究，已發(fā)表SCI/EI收錄的研究論文20余篇，已獲國家發(fā)明專利授權(quán)3項(xiàng)，曾于2011年10月赴韓國國立慶尚大學(xué)訪學(xué)1年； 項(xiàng)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(yán)謹(jǐn)踏實(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，致力于實(shí)踐“學(xué)以致用、學(xué)有所用”的宗旨，期望發(fā)揮高校科研能力強(qiáng)之長，增補(bǔ)企業(yè)研發(fā)力量弱之短，努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，將實(shí)驗(yàn)室的科研能力轉(zhuǎn)化為企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，為祖國早日成為世界制造強(qiáng)國添磚加瓦！

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文 200 余篇，申請中國發(fā)明專利 65 件，授權(quán)發(fā)明專利 22 件。2010 年相關(guān)塊體非晶復(fù)合材料韌化的工作被 Nature-Asia Materials 做專題評述，多項(xiàng)其它工作還被 Science，Materials Today，Nature 等學(xué)術(shù)雜志做專題評述以及其它世界各國媒體報(bào)道。在新一代超高強(qiáng)鋼和先進(jìn)耐熱鋼研究上取得了國際水平的研究成果，其中關(guān)于超高強(qiáng)鋼的成果被國際權(quán)威給予很高的評價(jià)，同時(shí)被科技部評為“2017 年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”并在央視新聞聯(lián)播報(bào)道。 超高強(qiáng)鋼； 先進(jìn)高熵合金； 塊體非晶合金； 非晶納米晶軟磁合金； 非晶態(tài)耐磨耐蝕合金； 非晶與高熵合金釬焊材料； 高熵合金生物材料； 高強(qiáng)耐蝕鎂合金。

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文 200 余篇，申請中國發(fā)明專利 65 件，授權(quán)發(fā)明專利 22 件。2010 年相關(guān)塊體非晶復(fù)合材料韌化的工作被 Nature-Asia Materials 做專題評述，多項(xiàng)其它工作還被 Science，Materials Today，Nature 等學(xué)術(shù)雜志做專題評述以及其它世界各國媒體報(bào)道。在新一代超高強(qiáng)鋼和先進(jìn)耐熱鋼研究上取得了國際水平的研究成果，其中關(guān)于超高強(qiáng)鋼的成果被國際權(quán)威給予很高的評價(jià)，同時(shí)被科技部評為“2017 年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”并在央視新聞聯(lián)播報(bào)道。超高強(qiáng)鋼；先進(jìn)高熵合金；塊體非晶合金；非晶納米晶軟磁合金；非晶態(tài)耐磨耐蝕合金；非晶與高熵合金釬焊材料；高熵合金生物材料；高強(qiáng)耐蝕鎂合金。

鎂鋰合金及其復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)良的減震性能和電磁屏蔽性能，在航空、航天、武器、單兵裝備、3C產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 本項(xiàng)目研制了鎂鋰基合金及其復(fù)合材料的設(shè)計(jì)技術(shù)、熔煉技術(shù)、成型工藝和表面處理技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了具有超輕（密度約為1.5g/cm3）、高強(qiáng)（抗拉強(qiáng)度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高穩(wěn)定性的稀土金屬間化合物增強(qiáng)Mg-Li基復(fù)合材料，建立了鎂鋰合金及其復(fù)合材料全鏈條中試制備平臺，部分產(chǎn)品樣品已經(jīng)在航空航天、單兵裝備等領(lǐng)域獲得試用。 現(xiàn)已建成材料試制平臺包括超細(xì)粉體制備中試線→100kg級鎂鋰合金真空熔煉系統(tǒng)→638T擠壓中試線→微弧氧化+電泳中試線→機(jī)械加工→產(chǎn)品檢測等一套輕合金及其復(fù)合材料產(chǎn)品試制所需的專用裝備，在鎂鋰基復(fù)合材料制備方面形成了專門的制造技術(shù)、檢測技術(shù)和工藝規(guī)范，可以滿足小批量鎂鋰合金及其復(fù)合材料制備方面的需求。 鎂鋰合金及其復(fù)合材料是世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、延展性，在航空航天、國防軍工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著當(dāng)今世界對結(jié)構(gòu)材料輕量化、減重節(jié)能、環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的要求日益提高，鎂鋰合金在需要輕量化結(jié)構(gòu)材料的交通、電子、醫(yī)療產(chǎn)品等領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

鎂鋰合金及其復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)良的減震性能和電磁屏蔽性能，在航空、航天、武器、單兵裝備、3C產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 本項(xiàng)目研制了鎂鋰基合金及其復(fù)合材料的設(shè)計(jì)技術(shù)、熔煉技術(shù)、成型工藝和表面處理技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了具有超輕（密度約為1.5g/cm3）、高強(qiáng)（抗拉強(qiáng)度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高穩(wěn)定性的稀土金屬間化合物增強(qiáng)Mg-Li基復(fù)合材料，建立了鎂鋰合金及其復(fù)合材料全鏈條中試制備平臺，部分產(chǎn)品樣品已經(jīng)在航空航天、單兵裝備等領(lǐng)域獲得試用。

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%。

由于鎂合金熔沸點(diǎn)低，在焊接過程中存在嚴(yán)重的燒損問題，既降低了焊接接頭強(qiáng)度，又污染了環(huán)境，因此迫切需要開發(fā)出低煙塵鎂合金焊接材料。大連理工大學(xué)通過對鎂合金焊接材料成分、組織性能、成形工藝及其塑性變形機(jī)理的研究，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列低煙塵鎂合金焊接材料熱擠壓-拉拔制備技術(shù)。該技術(shù)充分利用了合金化設(shè)計(jì)，使鎂合金揮發(fā)燒損減少30%以上，同時(shí)解決了鎂合金焊接材料制備過程中的溫度及速度匹配等一系列問題，實(shí)現(xiàn)了不同直徑鎂合金焊接材料的制備。鎂合金焊接材料熱擠壓-熱拉拔制備技術(shù)結(jié)

2018年國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng) 電網(wǎng)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，架空輸電導(dǎo)線作為電力輸送的“血管”是電網(wǎng)中用量最大、最關(guān)鍵的組成部分之一。導(dǎo)線的導(dǎo)電率每提升1%IACS，全國每年節(jié)約線損超70億千瓦時(shí)。特高壓、遠(yuǎn)距離、大容量輸電和清潔能源利用的發(fā)展，對架空導(dǎo)線的導(dǎo)電率、強(qiáng)度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升導(dǎo)電率與同時(shí)提高強(qiáng)度和耐熱性之間存在矛盾，導(dǎo)致我國電網(wǎng)建設(shè)急需的特種導(dǎo)線難以滿足工程需求。上海交通大學(xué)孫寶德教授團(tuán)隊(duì)與江蘇中天科技集團(tuán)合作，經(jīng)十余年研究，取得以下創(chuàng)新性成果： 1.發(fā)明了耐熱高導(dǎo)Al-Zr-Y合金材料及微結(jié)構(gòu)調(diào)控工藝，解決了耐熱相粗大和溶質(zhì)鋯(Zr)原子析出不充分的難題，使導(dǎo)電率從60% IACS提高到60.8%IACS，耐熱溫度從150℃提高到210℃。研制的耐熱鋁合金導(dǎo)線電網(wǎng)改造工程中獲得大量應(yīng)用，占國內(nèi)耐熱導(dǎo)線40%市場份額； 2. 發(fā)明了高強(qiáng)抗疲勞Al-Mg-Si導(dǎo)線，解決了強(qiáng)化相調(diào)控和超細(xì)夾雜去除的難題，顯著提高了材料的抗疲勞性能，在運(yùn)行張力增大的條件下，振動(dòng)疲勞壽命超過3000萬次。研制的特種大跨越導(dǎo)線和全鋁合金節(jié)能導(dǎo)線，占國內(nèi)30%市場份額，特別是大跨越導(dǎo)線，幾乎包攬了國家電網(wǎng)大跨越工程； 3. 發(fā)明了高效除氫、活性涂層陶瓷過濾和新型細(xì)化劑制備等導(dǎo)線冶金質(zhì)量控制技術(shù)，解決了微量雜質(zhì)元素與氣體去除的難題，實(shí)現(xiàn)了電工鋁導(dǎo)線的導(dǎo)電率從61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型節(jié)能導(dǎo)線在特高壓工程中獲得大量應(yīng)用。 上述成果依托國家973項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、上海市節(jié)能減排專項(xiàng)等項(xiàng)目，共獲得19項(xiàng)中國發(fā)明專利，1項(xiàng)美國專利和25項(xiàng)實(shí)用新型專利，發(fā)表論文49篇。成果在特高壓電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)增容改造、新能源并網(wǎng)發(fā)電、電網(wǎng)領(lǐng)域節(jié)能減排中發(fā)揮重要的作用，并且出口到歐美及一帶一路沿線國家，海外累計(jì)架線超2萬公里，打破國際壟斷，成為中國制造和中國電力走出去的“國家名片”。 導(dǎo)線性能測試實(shí)驗(yàn)室 超細(xì)夾雜物去除-現(xiàn)場試驗(yàn) 加拿大奧爾茲灣跨海大跨越——世界拉力最大的輸電跨越工程 晉東南-南陽-荊門 1000kV 黃河大跨越

研制出了多個(gè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鐵磁性非晶、納米晶軟磁合金材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、軟磁性能、耐蝕性能及對染料廢水高效降解性能，具體研究成果包括：（1）高飽和磁感低損耗納米晶軟磁合金：研制了FeSiBPCu系列納米晶軟磁合金，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)1.8T以上，1.5T/50Hz條件下的鐵損僅為0.29W/kg，是高級取向硅鋼鐵損的1/2，技術(shù)性能遠(yuǎn)優(yōu)于日本主要生產(chǎn)和大力推廣的FINEMET納米晶合金系列產(chǎn)品，在高效節(jié)能電機(jī)、無線充電系統(tǒng)、新能源汽車等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊市場前景；（2）鐵磁性非晶合金構(gòu)件涂層：制備了厚度達(dá)9mm的非晶合金構(gòu)件涂層，非晶度90[[%]]以上，孔隙率低于1[[%]]，平均硬度達(dá)976HV，內(nèi)聚強(qiáng)度為237MPa；利用激光熔覆技術(shù)進(jìn)一步改善其力學(xué)性能，斷裂強(qiáng)度達(dá)1800Mpa，具有優(yōu)異的耐蝕性能和耐摩擦磨損性能，適用于各種功能構(gòu)件的在線修復(fù)；（3）鐵基非晶合金化學(xué)性能研究：研究了FePC(Cu)、FeSiBPCu、FeBC、FeCrNbYB等非晶/納米晶合金在對染料廢水的高效降解，發(fā)現(xiàn)合金表面的“自更新”行為可有效提高合金的重復(fù)利用性，同時(shí)良好的熱磁調(diào)諧性使合金便于降解后的自動(dòng)回收，對于實(shí)現(xiàn)高效、低成本處理印染廢水，解決水污染問題具有重要的應(yīng)用價(jià)值。