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1 后处理激光增材制造合金钢件的组织和性能演化 - 摘要

激光增材制造是以激光为能量源，通过逐层熔化材料粉末或线材直接制造出零件的一种激光快速成形技术。常见的两种激光增材制造技术方法是以材料同步送进为主要特征的激光熔化沉积（LMD）和以粉末床为主要特征的选区激光熔化（SLM）。激光增材制造合金钢部构件的研究进展不大，主要原因是合金钢成分复杂，组织变化对环境及温度等工艺参数敏感且难以在激光熔池的非平衡凝固过程中有效调控，导致激光成形合金钢力学性能难以满足要求。本课题就是通过后热处理对相关激光增材制造合金钢进行组织调控，使其综合力学性能达到服役标准要求。发现激光增材制造合金钢的气孔形成机理，提出了消除气孔的成分改性方法。激光成形过程中，源自合金钢粉末中的残O易与C在熔池中反应生成CO或CO₂气体，一旦气体不能逃逸则在熔池中形成气泡，气泡在合金钢冷却时转变为气孔。在合金钢粉末中混入适量的与O亲和力比C强的合金元素如Cr，它们能在激光熔池中优先形成稳定的固态氧化物，即起“捕O、固C”的作用，避免熔池中产生气泡。通过控制适当工艺，固态氧化物能以细小颗粒弥散析出，进一步强化成形合金钢。激光增材制造合金钢增强热处理-马氏体组织调控。马氏体是高强度组织，但激光增材制造合金钢一般不具有该组织。激光增材制造合金钢增韧热处理—贝氏体组织调控。贝氏体是高韧组织，通过热处理制度探索，发现对激光成形沉积态合金钢进行“奥氏体化+熔盐低温淬火”复合处理，可以获得贝氏体组织，进一步细化淬火温度与时间，可以获得粒状、板条状等形态与尺寸不同的贝氏体组织，则导致合金钢抗拉、屈服强度以及延伸率相应地出现规律性变化并可实现在较宽泛的范围内进行调控。
1900120017 北京 TG142.33 应用技术工程和技术研究与试验发展、铁合金冶炼

2 特种钎料的电化学制备及其应用 - 摘要

钎焊是制造业中材料连接的重要方法之一，依靠熔融钎料与固态母材之间的扩散-溶解相互作用，形成冶金结合。钎料作为钎焊时最关键的填充材料，其性能在很大程度上决定钎焊连接件的质量和性能，在重型矿山、重载机电、超大负荷钻探等装备领域广泛应用。一方面，矿山装备和重载构件结构复杂、力学性能要求高，传统银基钎料及其制备方法已无法满足工程实际需求；而超大负荷超硬工具在复杂服役环境中，传统活性钎料连接的胎体与磨头、钻头容易出现脱落、剥落现象，直接影响超硬工具的使用寿命。另一方面，传统无铅钎料熔点高、组织迥异、抗疲劳性差，使得电子封装及芯片连接的使用可靠性无法保证。因此，传统方法制备的钎料，已无法满足国内外钎料市场的苛刻需求。针对上述行业难题，在国家自然科学基金、国家重点实验室开放课题、高校人才项目的支持下，华北水利水电大学联合郑州机械研究所有限公司、江苏师范大学、河南黎明重工科技股份有限公司、河南机电职业学院等多家单位，组建专项研发团队，成功开发电化学制备钎料新技术，研制出5大系列12个种类的特种钎料，用于矿山装备、重载机电、超大负荷钻探工具、复杂集成线路制造等领域，项目开发的特种钎料熔点低、润湿性好，钎焊接头力学性能提高11%以上。科技查新表明，国内外未有与该项目相同的科技成果报道。经国家金属制品质量监督检验中心、河南省焊接工程技术研究中心等权威机构检测，项目研制的特种钎料综合性能优于行业同类产品。项目成果通过中国机械工程学会组织的科技成果鉴定，项目整体技术达到国际先进水平。主要科技创新成果如下： 1.研发电沉积制备微纳米颗粒强化钎料新技术。发明了铜箔表面化学镀银-电沉积锡复合新工艺，建立了特种钎料润湿熵、性能熵的定量表征模型，揭示了特种钎料的相变热力学特性，为制备三明治、多层膜、箔带钎料奠定理论基础。 2.提出了电化学沉积/扩散复合制备特种银基钎料的新方法，发明了超大负荷硬质合金与聚晶金刚石复合片（PDC）连接的新工艺。通过协同调控温度、时间、电流密度等参变量优化钎料中锡、镍、锡镍合金含量，成功研制系列特种银基钎料，用于矿山装备、重载机电构件钎焊，解决了传统钎焊连接强度低、成本高及金刚石钎焊性能弱化难题。 3.发明了电化学方法制备活性钎料的新技术，解决了超大负荷超硬工具在复杂服役环境中的钎焊难题。开发出单质钛阳极的电沉积钛新技术，研制出银铜钛、铜锡钛特种活性钎料，攻克了活性箔带钎料成形的难题。 4.研制出含有微纳米金属颗粒的特种无铅钎料。提出焊膏-凸点新技术和瞬时液相键合工艺，开发出含有亚微米记忆颗粒、金属颗粒、稀土的无铅钎料，用于微纳器件互连，解决了无铅焊点疲劳性差、氧化性差、可靠性低的难题。项目执行期间，形成了一批具有自主知识产权的核心技术，获得授权发明专利11件、实用新型1件，主持起草并已颁布团体标准1项，出版专著1部；发表学术论文22篇，其中SCI检索12篇（SCI论文JCR一区3篇、二区1篇）、EI收录6篇，论文已被Acta Materialia、Applied Surface Science等国际知名SCI期刊引用，得到国内外同行的积极评价；培养青年技术骨干、研究生21名。项目部分成果曾获得2014年河南省装备制造工业科学技术一等奖、2018年河南省自然科学优秀学术论文三等奖和2019年河南省教育厅科技成果一等奖。该项目产品已在郑州机械研究所有限公司、河南黎明重工科技股份有限公司、西安海特尔机电有限公司等知名企业推广应用，近三年累计实现销售收入15049万元，助推产业绿色转型，引领行业技术进步。
1900110633 河南 TG425 应用技术工程和技术研究与试验发展

3 微波法原位合成V8C7-Cr3C2纳米复合粉末的热动力学及机理研究 - 摘要

本任务来源于国家自然科学基金项目，属于冶金工程技术-冶金技术领域。超细及纳米晶硬质合金理论上具有比常规粗晶硬质合金更为优越的硬度、耐磨性、抗弯强度等力学性能，已成为国际上硬质合金领域的前沿研发方向之一。然而，如何有效抑制碳化钨（WC）晶粒的异常长大是超细（纳米晶）碳化钨硬质合金亟待解决的关键科学问题。项目着重研究微波法原位合成纳米复合晶粒抑制剂的热力学、动力学行为，以及微波与纳米材料的相互作用机制。主要发现点为：（1）率先以纳米材料为原料，采用微波法原位合成了粒径均匀、分散性良好的纳米碳化钒/铬复合粉末。相对传统制备方法，采用该方法的反应温度和反应时间分别降低和缩短了400℃与3h。获得了纳米碳化物复合粉末的热动力学参数并建立了相关模型，揭示了不同反应条件下纳米碳化钒/铬复合粉末的物相组成演变规律、晶粒尺寸变化特点、晶体结构与微观形貌改变规律。相关研究工作发表在《Scripta Materialia》（影响因子4.163）等国际学术期刊上，并得到同行专家的高度评价。（2）通过对纳米原材料在微波烧结时的传质过程研究，揭示了微波加热过程中的介质损耗机理，介质损耗功率随温度及频率的变化规律，阐明了微波与物质的相互作用机理。另外，通过对氧化物到复合碳化物的转变过程研究，获得纳米复合碳化物的形成机制。研究发现，在氧化物（V2O5、Cr2O3）向碳化物（V8C7、Cr3C2）会发生高价氧化物向低价氧化物的逐级氧化还原反应，然后由低价氧化物转化成碳化钒（铬）。（3）首次将微波法原位合成的纳米碳化钒/铬复合粉末应用于超细（纳米）硬质合金、超硬材料陶瓷磨具或涂附磨具中。研究发现，纳米碳化钒/铬复合粉末可以显著改善其微观结构并提高其综合性能。另外，将该合成技术移植创新于纳米氮化物复合粉末的制备，成功获得多项相关国家发明专利并实现专利技术转让。总之，该项目组在纳米碳化物复合材料的微波法原位合成及相关机理研究方面，做出了开创性和引领性工作。在《Scripta Materialia》（影响因子4.163）、《Int. J. Refract. Met. Hard Mater.》（影响因子2.606）等国际知名学术期刊发表多篇学术论文，其中SCI收录4篇（JCR1区1篇，JCR2区2篇，JCR3区1篇）；4项国家发明专利获得授权，1项发明专利获得技术转让。项目负责人是省教育厅学术技术带头人、省高校科技创新人才及省高校青年骨干教师，获得第十三届河南省青年科技奖，为河南省基础研究、科技进步等做出了突出的贡献。相关研究成果获得省教育厅成果二等奖、省自然科学优秀论文一等奖。
1900110573 河南 TG135.5 应用技术工程和技术研究与试验发展

4 氢在冷轧奥氏体不锈钢中扩散行为机制及其工程应用 - 摘要

1、项目背景：奥氏体不锈钢作为具有良好耐腐蚀性、可焊性和机械性能的结构材料，被广泛应用在临氢环境下的机器零部件中。但是AISI304奥氏体钢组织性能并不稳定，在冷轧、冷拔、冷弯等加工工艺中很容易发生马氏体相变；在一些热处理当中，比如焊接工艺，促使内部组织马氏体的产生。对于临氢工作环境中的奥氏体不锈钢来说，当氢原子渗入基体当中后，其材料性能将会被劣化，导致其韧性、塑性等力学性能显著下降，甚至出现氢鼓泡或氢致裂纹，导致该材料性能失效。 2、研发内容及创新点：该课题采用电化学氢渗透技术，从奥氏体不锈钢充氢工艺、氢致相变及表面裂纹的临界含氢量、不锈钢冷轧过程中微观组织和力学性能的演变规律等方面开展了研究，为临氢环境冷轧奥氏体不锈钢设备安全性和寿命预测提供了科学依据及技术支撑。所得研究成果在实际工程中得到了充分利用。形成了以下的技术创新点：（1）理论创新：通过对电化学氢渗透技术的体系和工艺参数进行调整优化，研究了奥氏体不锈钢氢渗透阴极侧电解溶液组分配比和阳极侧极化电位值等工艺参数对充氢过程的影响，确定了氢在奥氏体不锈钢中扩散行为的评价措施；建立了氢在单层金属材料中的扩散行为模型；研究了充氢和时效处理导致马氏体相变及表面裂纹的机理，获得了产生马氏体相变及表面裂纹的临界含氢量，为临氢环境冷轧奥氏体不锈钢设备安全性和寿命预测提供了科学依据。（2）工艺创新：通过研究AISI304奥氏体不锈钢冷轧形变量对其微观组织结构及相变的影响，建立了奥氏体不锈钢形变强化机制，获得了钢板微观组织和力学性能在冷轧过程中的演变规律，结合电化学氢渗透技术，揭示了冷轧压延率影响氢在钢中扩散行为及扩散能力的规律，最终构建了不锈钢冷轧压延率、形变马氏体相量以及氢扩散系数三者之间的关系。为奥氏体不锈钢现场冷轧制备工艺提供了理论依据和技术支撑。（3）技术创新：综合宏观检测、现场复膜金相分析、硬度分析、腐蚀介质分析以及应力腐蚀实验等分析方法，揭示了临氢设备开裂的原因，提出了表面裂纹的打磨修复与酸洗钝化相结合的修复方法，从而提高了加氢釜内壁表面防腐质量，延长了设备使用寿命，避免了巨大的经济损失。 3、知识产权及成果情况：该项目共取得科研论文12篇，其中SCI收录5篇、EI收录2篇；授权国家发明专利2项；获河南省科技成果3项。 4、推广应用及效益情况：该成果已在新乡市振英机械设备有限公司、新乡市豫科液压机械制造有限公司和新乡市南峰机电设备有限公司得到很好的推广应用，所得研究数据为公司现场生产优化提供了相应理论指导，显著提升了公司临氢产品的品质，并大幅度扩展了公司的相关业务。对实际生产应用中保障临氢设备安全运行具有重要的指导作用。根据临氢设备具体问题，提出了有效的解决方案。近三年实现新增利润1568.3万元，经济效益和社会效益非常显著。
1900110568 河南 TG337.5 应用技术钢压延加工

5 耐热耐磨药芯焊丝的研制和应用 - 摘要

大型装备核心部件因磨损受损造成的损失巨大，大力发展再制造产业实施高端再制造刻不容缓。提高修复材料的高温耐磨性是核心部件再制造技术的关键和难点。郑州机械研究所有限公司耐磨堆焊团队面向大型装备绿色再制造，针对受损部件的耐热耐磨、高强高韧、高效便捷的再制造技术，经过多年攻关，研发了耐热耐磨药芯焊丝并通过推广应用。项目的技术创新点主要有以下几个方面：创新点1.开发了新型耐热耐磨材料，可部分替代昂贵的钴基和镍基耐热耐磨材料，突破了修复耐磨层厚度100mm限制，减少了裂纹缺陷，使熔敷金属具有优异的耐热耐磨性能。创新点2：在耐热耐磨材料的基础上开发了高强高韧耐磨材料，以适用于更加苛刻的条件，并且使该材料适用于全位置修复技术。创新点3.开发了相关应用设备仪器等，进行了相关方案的设计及应用，完成了与耐热耐磨材料相匹配的自动化再制造修复技术研发，确保了产品质量及性能，高效便捷。通过以上技术层面的创新和项目实施，开发了一系列具有优异耐热耐磨性能的药芯焊丝，产生了多个系列牌号的药芯焊丝，使耐磨性能较现有技术产品提高20%以上，项目研发产品与同类产品项目具有明显新颖性和创新性，整体技术居国内先进水平。形成一批具有自主知识产权的科技成果，项目产品获授权发明专利2项，实用新型专利12项，发表论文6篇，制定国家标准2项。项目产品已推广应用到水泥、钢铁、电力、采矿等领域的中信重工、中钢集团等一批国内大型机械装备生产制造企业，累计实现销售6793.6万元，利润1552.82万元，取得显著的经济效益。项目成果提高了大型设备的使用寿命，为其降低损耗及绿色再制造提供了重要技术支持，响应了国家关于绿色环保、可持续发展的战略规划。
1900110491 河南 TG422.3 应用技术其他金属制品制造

6 复杂模锻件成形成套技术及应用 - 摘要

矿山、电力等国家重点工程急需的大型装备用关键承力件，单件重量大、负载重，服役工况苛刻、安全可靠性要求极高，其性能质量直接影响到大型装备的整体水平和运行可靠性。通过锤上模锻成形工艺可获得金属流线完整、组织致密、性能优异、尺寸精度高的制件，然而，对于上述领域用300kg以上复杂结构锤上模锻件成形仍存在诸多难题：大型复杂模锻件整体成形工艺、模锻设备及模具工装问题；大型模锻件铸改锻结构设计及优化问题；大型复杂模锻件高温、大应变速率成形条件下的损伤问题。项目组在国家自然科学基金、河南省科技攻关等项目支持下，经6年协同攻关，通过数值模拟、物理实验和生产实践相结合的手段，基于复杂模锻件结构特点和成形特点，系统研究了大型复杂模锻件高温锻造损伤行为，构建大型复杂模锻件高温锻造成形损伤演化方程，为复杂模锻件整体成形分析提供基础材料数据和理论依据；以大型装载机关键承力件动臂为例，开展了基于服役工况下的动臂零件铸改锻结构设计与优化，优化后的模锻件结构对称、截面过渡流畅，零件的强度、刚度及疲劳寿命大幅度提升，且保证动臂装配不受影响前提下，减重20%；制定了“以小制大”的复杂模锻件锤上模锻成形工艺，突破了大型复杂模锻件整体成形中的工艺设备局限，开发出系列具有自主知识产权的大型复杂模锻件整体成形成套技术，应用于中国重点工程急需的大型装备用动臂、链轮、平衡臂等模锻件开发。主要科技创新如下：（1）突破设备局限，开发模锻锤效能提升技术，保障大型装备用关键承力件模锻成形。针对大型复杂模锻件的成形需要，改进了模锻锤液压缸结构，实现对大型模具的提锤、控锤及打击能力；制造了加长锤头，使得装模空间得以扩展，模具受力分布合理；对常规机械手进行结构改进，增大抓取直径和抓取重量，实现关节运动速度可调，同时增加了可旋转自由度，为大型复杂模锻件成形及各工序、工步间流畅衔接奠定基础，为大型装备用关键承力件顺利模锻成形提供保障。（2）基于服役工况对大型复杂模锻件进行了铸改锻结构优化，在满足强度刚度条件下实现了减重。运用Solidworks软件创建了大型装载机动臂三维实体模型，将锻造的工艺性充分融入产品的结构设计之中，降低产品的锻造工艺难度。采用有限元分析软件ANSYS对整体模锻件进行了结构参数优化，重量由418kg减小到334kg，在满足动臂模锻件强度刚度及装配尺寸的前提下减重20%。（3）开发了“以小制大”复杂模锻件成形工艺、工装模具及成套技术。采用DEFORM-3D软件对动臂复杂模锻整体成形进行了仿真分析，研究了锻件结构、温度、中间坯料对成形力的影响，开发了制坯—弯曲预锻+终锻的短流程成形工艺；通过优化制坯工艺合理分配坯料，有效预测并消除了典型位的缺陷；通过优化模具结构，提高了锻件成形尺寸精度。在此基础上开发出动臂复杂模锻件整套成形技术。（4）构建了大型复杂模锻件高温锻造成形损伤演化方程。研究了高温下应变速率、变形温度与流变应力的内在关联，探明了温度和应变速率对材料临界损伤值的影响规律，构建了温度补偿应变速率因子的高温损伤模型，建立了大型复杂模锻件高温锻造变形损伤演化方程，为大型复杂模锻件整体成形分析提供基础理论依据。通过该项目实施，申请发明专利12件（9件授权，3件实审），发表学术论文15篇，出版著作4部，近三年实现销售额25196万元。利用该技术开发出大型动臂、链轮、平衡臂等复杂模锻件，成功应用于矿山、路桥、水电、风电、核电等国家重大领域用大型装备，满足了中国重大装备用关键零部件需求，推动了中国大型装备的快速发展。
1900110484 河南 TG316.3 应用技术金属铸、锻加工

7 非晶合金塑性变形中的数学问题 - 摘要

该项目从数学的视角出发，通过引入统计分析、时间序列分析、非线性理论、动力学分析与计算等方法，探讨了非晶合金在不同外场作用下的的塑性变形和塑性变形中的猝变行为。发现在温度的降低过程中，非晶合金剪切分支的反相关性在一个临界点温度处达到最小，此时应力信号显示为随机的自相似过程。明确了非晶合金压缩变形过程中的剪切分支存在一定范围内的尺度关系，阐明了断裂表面出现类似酒窝状的分形结构剪切带产生的内在机理。给出了猝变系统产生分支的充要条件及控制方法，阐明了非晶合金塑性动力学与变形能力的关系，揭示了非晶中局部剪切和纳米颗粒的耦合和协同运动对动力学过程的影响，提出了加入纳米晶颗粒和离子辐照两种提高材料塑性的方法。该项目属于基于问题驱动的数学研究，通过桥接数学方法与物理现象，得到了非晶合金塑性动力学行为变化的判据，深刻理解了材料结构与塑性变形之间的关系，为提高非晶合金的塑性提供了理论依据和思路。项目成果代表作分别发表在Acta Mater.、Appl. Phys. Lett.、Inter. J. Plasticity、J. Nonlinear Sci.和Phys. Rev. E等数学、物理或材料工程类重要期刊上，详见附件中代表作1-8。这些研究工作不仅受到到国际数学同行的引用，而且受到物理和材料领域著名学者、特别是非晶合金国际主流研究团队的关注和积极评价，并引发后续性研究。Phys. Rev. Lett.副主编J.L. Barrat教授在物理领域的权威综述期刊Rev. Modern Phys. (2018)上引用并积极评价了该成果；韩国首尔国立大学E.S. Park教授在2016年2017年2018年连续三年发表在材料工程类权威期刊Acta Mater.的文章对该成果进行了跟踪研究，见附件10-12。引用该项目成果的代表性引文有：古根海姆学者（Guggenheim Fellow），美国西北大学L.M.Keer教授与维也纳大学H. Wilhelm教授分别发表在材料工程类Top期刊Inter. J. Plasticity的文章，香港城市大学杨勇教授发表在Sci. China Mater.的文章、西安交通大学宋小龙教授发表在Acta Mater.的文章，苏黎世联邦理工学院J.F. Löffler教授发表Acta Mater.的文章，美国约翰霍普金森大学的T.C. Hufnagel教授发表在J. Appl. Phys. (2018)的文章，美国宾夕法尼亚大学D.S. Gianola教授发表在APL Mater. (2016)的文章，美国加州理工大学J.R. Greer教授发表在Adv. Eng. Mater. (2018)的文章。该项目研究期间及后续期间，第一完成人任景莉主持完成国家自然科学基金面上项目、河南省科技创新杰出人才计划，河南省高校科技创新研究团队以及国家重点实验室开放课题各一项，新增主持国家自然科学基金面上项目一项，参与国家重点研发计划重点专项一项。第二完成人王刚主持完成国家自然科学基金优秀青年基金一项，新增主持国家自然科学基金委国际合作与交流项目(组织间合作研究—NSFC-DFG(中德))和国家自然科学基金面上项目各一项。研究期间还培养了两名博士：第三完成人于利萍和第四完成人陈存。于利萍2017年博士毕业并获得河南省优秀毕业生，主持中国博士后基金面上项目一项。陈存2015年博士毕业后留校，主持国家自然科学基金青年项目与中国博士后基金各一项。
1900110458 河南 TG139.8 应用技术工程和技术研究与试验发展

8 钎缝缺陷产生诱因及防控技术 - 摘要

钎焊是工业制造的关键基础技术，尤其在航空航天、汽车、电子、制冷、超硬工具、电力、电气等行业，钎焊是决定产品质量稳定性与可靠性的关键技术。随着科技水平的快速迭代，工业装备关键部件重量轻量化、功能集约化、结构复杂化趋势明显，对钎焊可靠性提出了更高的要求。钎焊过程存在液—固—气多相、多成分交互作用的复杂冶金现象，是瞬间完成的，极易产生气孔、夹杂、裂纹等多种缺陷。钎缝缺陷是钎焊接头可靠性的决定性因素。该项目立项之前，国内外对钎缝缺陷产生诱因及防控技术尚无系统研究。针对钎缝缺陷这一行业基础共性难题，郑州机械研究所有限公司联合江苏科技大学、常熟理工学院合作开展了钎缝缺陷产生诱因理论研究及防控技术开发，实现“理论指导—技术开发—工程应用”的有机结合，解决钎缝缺陷难以调控的行业共性难题。项目成果通过成果鉴定，整体技术达到国际先进水平，主要创新点如下：（1）借鉴熔化焊焊缝缺陷表征方式并结合钎焊特点，将离散的钎缝缺陷分类表征并规整成系统类型。结合钎焊应用行业由钎缝缺陷引起的接头失效事故，从热、力、冶金以及静态、动态等多因素耦合作用深入剖析不锈钢钎焊接头、铜合金钎焊接头、钛合金钎焊接头等钎缝缺陷的形貌、形成机理及扩展机制，揭示典型钎缝缺陷产生诱因及形成机理。（2）基于“材料—工艺—结构”耦合作用，研发了钎焊、熔钎焊钎缝缺陷调控技术。通过调控钎料成分与形态、钎焊工艺、钎缝结构，有效抑制了溶蚀、溶析以及因钎料流动润湿不良而引起的夹杂、裂纹、气孔、溶蚀、未钎透等典型钎缝缺陷的产生。开发出高品质非晶钎料和高温活性钎料，满足高性能轻质合金结构件、陶瓷材料的高钎着率、高精度、少缺陷钎焊连接需求；设计不等间隙钎焊结构调控钎焊接头连接质量；创新变频—调幅机械振动辅助钎焊技术和多种焊接夹具装置，有效防止焊接缺陷产生，提高了焊接质量的稳定性。（3）开展钎缝缺陷防控技术的工程应用与行业推广，支撑高端装备领域高可靠钎焊制造。项目研究成果成功应用于航空航天、潜艇等薄壁结构换热器、光学镜架、截齿、制冷设备、金刚石工具等产品的钎焊制造，显著提高了钎缝成形质量和产品品质，支撑了相关产业发展及国家重大工程的建设。项目成果解决了钎缝缺陷难以调控的共性难题，实现了多种高可靠钎焊技术工程应用，大幅降低了钎缝缺陷，提高了可靠性。共发表论文25篇（其中SCI、EI数据库收录15篇），授权专利12件（其中发明专利6件），整体技术达国际先进水平。项目成果成功应用于航空航天、舰船、潜艇等重大工程，并拓展应用至电力电气、机械制造、制冷、工具等关乎国计民生的行业，近三年累计新增销售收入8200余万元，经济和社会效益显著。
1900110443 河南 TG454 应用技术工程和技术研究与试验发展

9 铝基复合材料箱体连接关键技术开发及应用 - 摘要

河南省是全国铝业大省，却不是铝业强省，因为该省高附加值的铝深加工技术比较薄弱。为了切实贯彻落实中国制造2025行动纲领，实现创新驱动，转变发展方式，打造战略性新型铝产业是该省当务之急。中国公布的国科发火[2016]32号文件中，把金属基复合材料列为国家重点支持的八大高新技术领域中重点支持的新材料之一。颗粒增强铝基复合材料集低膨胀、高导热、轻质三大特性于一身，成为航空航天、汽车以及电子通信等领域亟待推广的高新材料。由于复合材料中增强相陶瓷颗粒和基体铝合金之间巨大的物理化学性能差异，导致该材料的焊接性很差，成为其推广应用的“瓶颈”技术难题。该项目团队历时八年率先完成了碳化硅颗粒增强铝基复合材料连接的关键技术开发，突破了系列核心技术，研制了新型活性钎料与纳米钎料，同时申请了国际发明专利，显著提升了中国复合材料的连接水平。主要科技创新成果如下：（1）设计了针对低体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的专用搅拌头，在高质量连接铝基复合材料的过程中实现了搅拌头的长寿命服役，深入研究了搅拌头不同形式对复合材料焊缝质量的影响，为接头形成提供基础依据。（2）对低体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的箱体进行了结构设计，探讨不同焊接参数对接头质量的影响规律，获得了焊接过程中金属的超塑性流动规律以及增强相颗粒的迁移规律，研究了焊缝界面愈合机理以及增强相与基体金属之间界面愈合的热力学与动力学条件，以此作为焊接质量的评价方法之一。（3）研发出适用于高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的活性钎料体系。以Al基和Ag基钎料为基础，引入降熔元素与活性元素，钎料可在低温下与增强相SiC颗粒发生反应，形成牢固结合层，显著提高了连接强度。（4）提出了利用铝基复合材料暴露的表面颗粒作为钎缝增强相实现强化钎缝的理念，开发了铝基复合材料表面颗粒暴露技术以及表面金属化工艺，极大的提高了钎料对铝基复合材料的润湿性及钎缝的力学性能。（5）采用平面流铸技术成功制备出具有纳米效应的箔状钎料带，创新性提出了纳米晶钎料的优势主要取决于纳米晶结构的不稳定性所带来的极强原子活性和扩散能力，揭示了纳米效应在铝基复合材料连接过程中的作用机制。该项目成果主要包括：授权国际（美国）发明专利1项，国家发明专利8项，实用新型专利1项，发表论文8篇（其中SCI论文5篇）,培养博士、硕士17名。技术经济指标明显：经搅拌摩擦焊连接成形的构件，接头强度系数大于90%；经真空钎焊制备的复合材料构件，表面光洁无氧化，采用箔状钎料可对复杂零部件一次连接成形。两种连接方法制备的构件气密性均在10-8Pa.m³/s以上，合格率均为100%，内部没有脆性易水解的Al4C3相，抗腐蚀性能强。该项目研究成果可在不损伤复合材料性能的条件下，高质量完成复合材料之间的连接，同时能显著改善生产流程、提高生产效率与降低生产成本。项目成果已在多家企业开展示范性应用，产生经济效益数千万元，广泛应用于交通运输、航空航天、矿山机械等领域，社会经济效益显著，具有广阔的推广应用前景。
1900110313 河南 TG457.14 应用技术结构性金属制品制造

10 大型水电工程用高强度低裂纹敏感性SX780CF钢板技术及应用 - 摘要

1、背景介绍：电力是以电能作为动力的能源，是现代化工业生产和生活不可或缺的一部分，水力发电则是电能的一种最经济环保的转化方式，它是再生能源，对环境冲击较小。 SX780CF钢板为中国长江三峡集团公司企业标准QJ/CTG24-2015《大型水电工程高强度低焊接裂纹敏感性钢板技术条件》中的最高级别钢种SX780CF，主要用于水电站的压力钢管及蜗壳这一重要使用部位。压力管道及蜗壳是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管，一般为有压状态，其特点是集中了水电站大部分或全部的水头。故压力钢管及蜗壳用钢中，强度(屈服强度、抗拉强度)、塑性、韧性和焊接性能是压力钢管及蜗壳用钢的4个质量特征。由于SX780CF钢板具备780MPa级的高强度和良好的低温冲击韧性。同时具有足够的强度；其次具有良好的塑性；第三具有良好的韧性；第四具有优良的焊接性，因此生产工艺流程较长，生产难度较大，国内大部分使用进口产品。近年来，中国与欧美大国贸易关系紧张，使用进口产品成本较高，且工期较长，国内高强度级别水电钢需求量大幅增加，因此国内大型水电设备制造商瞄准国内实力雄厚的材料生产厂家，制定相关技术标准由材料生产厂家进行研发。 2、主要技术内容：该项目通过合理的化学成分设计，以及采用VD+LF+VD工艺生产低碳、超低碳的工艺来保证钢种低碳成分、钢质的洁净度；使用一种高温抗氧化涂料喷涂设备，采用表面带温喷涂高温抗氧化涂料的方式，有效的解决了SX780CF由于含有较高的Ni造成的表面氧化铁皮难以用高压水去除的问题，有效保证了钢板最终的表面质量。并通过加热、轧制及调质热处理等工艺有效实施，成功地研制出了10mm-150mm厚大型水电工程用高强度低裂纹敏感性SX780CF钢板，其屈服强度控制在730～860MPa，抗拉强度控制在800～900MPa；伸长率控制在16％以上；-40℃V型冲击功控制在150～250J。 3、授权专利情况：公司围绕该项目的开发，已授权专利4项，其中发明专利3项分别为：一种80～150mm厚水电用低裂纹敏感性SX780CF钢板及其生产方法，一种10-80mm大型水电工程用高强度低裂纹敏感性钢SX780CF及其制备方法，一种采用VD+LF+VD工艺生产低碳、超低碳钢的方法；实用新型专利一项：一种高温抗氧化涂料喷涂设备。 4、技术经济指标：该项目研发的高强度低裂纹敏感性钢SX780CF钢板低碳(≤0.09％)、低碳当量(≤0.56％)、低焊接裂纹敏感型指数(≤0.26％)，具备780MPa级的高强度和良好的低温冲击韧性，符合中国长江三峡集团公司企业标准QJ/CTG24-2015《大型水电工程高强度低焊接裂纹敏感性钢板技术条件》中的最高级别钢种SX780CF。产品广泛应用于世界级水电站白鹤滩水电站、乌东德水电站以及其它大型水电站的压力钢管及蜗壳这一使用部位。产品经用户使用质量稳定，能够满足世界级水电站设备制作需求，得到用户的好评。
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