（1）研发了系列新型高强高韧铸造轻合金材料，支撑了复杂铸件性能提升。 1）研发出一种新型高强韧铝硅合金。开发出一种新型高强韧铝硅合金及其制备方法；提出一种混合稀土和Sr元素的复合变质方法，缩小枝晶间距并细化共晶硅；研究出合适的热处理制度；阐明了变质剂组成与含量对变质效果的影响规律，基于此显著提高了铝硅合金的综合力学性能。有效解决了现有铝合金铸件易发生的裂纹、伸长率低、屈服强度不达标等缺陷和问题。 2）研发出一种低成本高强耐热稀土镁合金。开发出一种添加低成本混合稀土的新型多元稀土镁合金材料；揭示了混合稀土对镁合金相变规律的影响机制；研究出准晶增强稀土镁合金的高温固溶T6热处理工艺；开发出兼具优良的室温与高温力学性能的低成本稀土镁合金；解决了现有镁合金铸件易产生冷隔、强度低、韧性差等问题。 3）研发出一种新型高强韧钛合金。开发出一种α+β型双相高强高韧钛合金，揭示了合金在凝固-热等静压-热处理过程中微观组织的演变规律；研究出调控相组成及相形态的双级固溶时效热处理制度，形成了以等轴和篮网为主要特征的基体组织，使合金的强度和韧性同步提升。解决了现有铸造钛合金强度和韧性偏低、铸造成形性差等问题。 （2）研发了铸造全流程模拟仿真系统，提出了高效的单件化铸造数值模拟方法，实现了高性能复杂铸件的数字化工艺设计。 1）提出了一种铸造原辅材料热物性参数高精度求解方法。提出了基于实验测温与数值模拟反求的热物性参数求解方法，实现了面向数值模拟的热物性参数高精度求解；建立了反热传导法求解铸件/铸型界面换热系数的数学模型,降低了界面关键参数求解误差；研发了高精高效的热物性参数反求平台-华铸PIS，创建了铸造原辅材料高精度热物性参数数据库。 2）研发了铸造合金熔炼-复杂铸件充型凝固-热处理的铸造多物理场全流程高效模拟平台。建立了电磁、速度、压强、浓度、温度的多物理场耦合数学模型，自主研发了从铸造合金熔炼到复杂铸件充型凝固到热处理的铸造全流程模拟仿真平台，为铸造工艺优化提供了工具；提出一种数据内存动态自适应划分技术，解决了SOLA流动场求解数据耦合干扰难题，实现了大规模铸造流动场模拟问题的并行高效求解。 3）提出缩孔缩松缺陷定量预测与单件化模拟工艺优化方法。提出双高分配原则缩孔缩松预测模型，解决了复杂铸件缩孔缩松高精度预测难题；提出了针对高性能复杂铸件不同批次的单个铸件模拟方法，建立关键工艺参数波动对典型缺陷的多元回归关系模型，实现了基于单件化模拟仿真的高性能复杂铸件缺陷控制与工艺优化。 （3）建立了铸件生产全生命周期的单件化柔性化质量管理模型，实现了高性能复杂铸件质量问题的单件化、全过程、全要素溯源。 1）创建了基于PLM理论和TQM理论的铸件单件化管理模型。基于产品全生命周期PLM理念以及多智能体技术，构建了铸造串并联多工位单件化的缺陷溯源模型；建立铸件单件及作业过程信息模型和组批、混批、拆批模式下单件自动生成、感知、标记、进度跟踪的控制机制，实现高性能复杂铸件单件化缺陷溯源。 2）创建了支持业务即时重构的参数配置式多维度铸造柔性化管理模型。创建了支持铸造数字化管理系统业务即时重构的参数配置式多维度铸造柔性化管理模型，解决了刚性管理系统可重用性低、应变能力弱和实施周期长的难题，支撑不同领域不同类型铸造企业随环境变化、自身发展等柔性进行的组织变革、流程变更和管理改善，实现了企业按需柔性化管理。 3）创建了基于TLBO\GA\BSA元启发式算法优化理论的铸造智能化管理模型。创建基于改进性教与学算法（TLBO）、遗传算法（GA）、回溯搜索算法（BSA）等元启发式算法优化理论的铸造智能化管理模型和技术，解决了铸件异步热工序组炉复杂条件下工序生产调度IPPS组合优化难题，实现了系统智能决策管理以及多品种大容量铸件高效生产。

一、研究背景 热浸镀锌是用于钢铁材料腐蚀防护最主要的方法之一。为了应对现代科技对钢铁耐腐蚀性日益增长的要求，欧美、日韩等一些发达国家先后研发出了一批具有高耐腐蚀性的热浸镀用Zn-Al系合金材料（见表1），尤其是Zn-Al-Mg合金具有优异的耐腐蚀性，如日本新日铁公司开发的SuperDyma合金镀层，耐蚀性大约为普通纯锌镀层的15倍以上，可与部分不锈钢相媲美，但是成本远低于不锈钢产品，具有极大的市场价值。 我国是世界上最大的热镀锌板生产国，而山东省的热镀锌板产能位居全国第一，但绝大部分为普通镀锌板，以及少量的镀铝锌硅板产品。因此，研究和开发高耐腐蚀性Zn-Al-Mg合金镀层材料，对山东省钢铁材料产业的转型升级具有非常重要的经济和社会价值。 二、项目内容 本项目系统研究了Ti, Sb元素对热浸镀Zn-11Al-3Mg合金组织与性能的影响。通过XRD对Zn-11Al-3Mg-Ti-Sb合金试样进行了物相分析，通过SEM和EDS观察和分析了合金试样的组织结构，通过洛氏硬度计测量分析了合金试样的硬度性能，通过电化学阻抗分析和电化学极化分析，研究了不同含量Ti、Sb元素对合金耐腐蚀性能的影响，并在实验室进行了钢板热浸镀实验。 三、项目产业化可行性分析 前已述及，本项目市场前景非常广阔，目前日韩等国生产的热浸镀Zn-Al-Mg板材在国内市场已有销售，售价比国内普通热镀锌板贵一倍以上，产品增值极为显著。本项目技术创新达到了国内领先水平，已经获得国家发明专利授权（图4），技术转化条件趋近成熟，实验室也进行了小批量的热浸镀实验。我们希望与省内具有较强实力的热浸镀板生产厂家进行合作，继续完成相关性能的测试和中试试验，早日实现该项目的产业化生产。 四、项目负责人及团队简介 项目负责人：周国荣，博士，副教授，目前主要从事金属板材涂镀材料的研究，承担山东省重点研发计划1项，完成山东省博士基金1项，同时参与了多项国家和省部级项目的研究，已发表SCI/EI收录的研究论文20余篇，已获国家发明专利授权3项，曾于2011年10月赴韩国国立庆尚大学访学1年； 项目组成员包括教授1人、副教授2人、讲师2人、硕士研究生2人，秉持严谨踏实、团结协作的精神，致力于实践“学以致用、学有所用”的宗旨，期望发挥高校科研能力强之长，增补企业研发力量弱之短，努力实现产学研紧密结合，将实验室的科研能力转化为企业的产品竞争力，为祖国早日成为世界制造强国添砖加瓦！

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等学术刊物上发表论文 200 余篇，申请中国发明专利 65 件，授权发明专利 22 件。2010 年相关块体非晶复合材料韧化的工作被 Nature-Asia Materials 做专题评述，多项其它工作还被 Science，Materials Today，Nature 等学术杂志做专题评述以及其它世界各国媒体报道。在新一代超高强钢和先进耐热钢研究上取得了国际水平的研究成果，其中关于超高强钢的成果被国际权威给予很高的评价，同时被科技部评为“2017 年度中国科学十大进展”并在央视新闻联播报道。 超高强钢； 先进高熵合金； 块体非晶合金； 非晶纳米晶软磁合金； 非晶态耐磨耐蚀合金； 非晶与高熵合金钎焊材料； 高熵合金生物材料； 高强耐蚀镁合金。

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等学术刊物上发表论文 200 余篇，申请中国发明专利 65 件，授权发明专利 22 件。2010 年相关块体非晶复合材料韧化的工作被 Nature-Asia Materials 做专题评述，多项其它工作还被 Science，Materials Today，Nature 等学术杂志做专题评述以及其它世界各国媒体报道。在新一代超高强钢和先进耐热钢研究上取得了国际水平的研究成果，其中关于超高强钢的成果被国际权威给予很高的评价，同时被科技部评为“2017 年度中国科学十大进展”并在央视新闻联播报道。超高强钢；先进高熵合金；块体非晶合金；非晶纳米晶软磁合金；非晶态耐磨耐蚀合金；非晶与高熵合金钎焊材料；高熵合金生物材料；高强耐蚀镁合金。

镁锂合金及其复合材料具有高的比强度和比刚度、优良的减震性能和电磁屏蔽性能，在航空、航天、武器、单兵装备、3C产品等领域有着广阔的应用前景。 本项目研制了镁锂基合金及其复合材料的设计技术、熔炼技术、成型工艺和表面处理技术，设计开发了具有超轻（密度约为1.5g/cm3）、高强（抗拉强度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高稳定性的稀土金属间化合物增强Mg-Li基复合材料，建立了镁锂合金及其复合材料全链条中试制备平台，部分产品样品已经在航空航天、单兵装备等领域获得试用。 现已建成材料试制平台包括超细粉体制备中试线→100kg级镁锂合金真空熔炼系统→638T挤压中试线→微弧氧化+电泳中试线→机械加工→产品检测等一套轻合金及其复合材料产品试制所需的专用装备，在镁锂基复合材料制备方面形成了专门的制造技术、检测技术和工艺规范，可以满足小批量镁锂合金及其复合材料制备方面的需求。 镁锂合金及其复合材料是世界上最轻的金属结构材料，具有良好的导热、导电、延展性，在航空航天、国防军工等领域有着广泛的应用。随着当今世界对结构材料轻量化、减重节能、环保以及可持续发展的要求日益提高，镁锂合金在需要轻量化结构材料的交通、电子、医疗产品等领域也展现出广阔的应用前景。

镁锂合金及其复合材料具有高的比强度和比刚度、优良的减震性能和电磁屏蔽性能，在航空、航天、武器、单兵装备、3C产品等领域有着广阔的应用前景。 本项目研制了镁锂基合金及其复合材料的设计技术、熔炼技术、成型工艺和表面处理技术，设计开发了具有超轻（密度约为1.5g/cm3）、高强（抗拉强度200-300MPa）、高模量（70-100GPa）、高稳定性的稀土金属间化合物增强Mg-Li基复合材料，建立了镁锂合金及其复合材料全链条中试制备平台，部分产品样品已经在航空航天、单兵装备等领域获得试用。

依据焊条在焊接过程中的冶金原理、并根据合金化机理和矿物粉的各自特性，以纯镍丝为焊芯，采用国产原材料研发出反比例配方的镍基合金焊条NiCrFe-9。中国用于9%镍钢焊接的超低温镍基合金焊条全部依赖进口。我国研制的SJTU-ENiCrFe-9镍基合金焊条的工艺性能优于同类国外产品（焊条无发红现象、脱渣容易、熔渣覆盖均匀）；焊条溶敷金属拉伸性能与国外同类产品相当，超低温冲击功平均值高于同类国外产品约40%。

由于镁合金熔沸点低，在焊接过程中存在严重的烧损问题，既降低了焊接接头强度，又污染了环境，因此迫切需要开发出低烟尘镁合金焊接材料。大连理工大学通过对镁合金焊接材料成分、组织性能、成形工艺及其塑性变形机理的研究，开发出具有自主知识产权的系列低烟尘镁合金焊接材料热挤压-拉拔制备技术。该技术充分利用了合金化设计，使镁合金挥发烧损减少30%以上，同时解决了镁合金焊接材料制备过程中的温度及速度匹配等一系列问题，实现了不同直径镁合金焊接材料的制备。镁合金焊接材料热挤压-热拉拔制备技术结

结构材料轻量化是目前国民经济、国家重大需求的重大挑战，材料结构功能一体是新材料的重要发展方向。 轻质高强泡沫铝合金复合夹芯板以超轻质的泡沫铝合金为芯层，与铝合金面板实现冶金结合，具有比重小，高刚度，高阻尼减振，高能量吸收的特点，同时实现与阻燃、电磁屏蔽功能兼容性，在先进交通、航空航天领域具有广泛的应用前景。通过可调控的芯层泡沫铝合金孔结构，复合夹芯板的实现了同等质量钢板6倍的高刚度，同时比重仅与水接近，该成果已经应用于我国重要装备制造。

2018年国家技术发明二等奖 电网是我国经济发展的命脉，架空输电导线作为电力输送的“血管”是电网中用量最大、最关键的组成部分之一。导线的导电率每提升1%IACS，全国每年节约线损超70亿千瓦时。特高压、远距离、大容量输电和清洁能源利用的发展，对架空导线的导电率、强度、耐热性能和疲劳性能提出了更高的要求。但提升导电率与同时提高强度和耐热性之间存在矛盾，导致我国电网建设急需的特种导线难以满足工程需求。上海交通大学孙宝德教授团队与江苏中天科技集团合作，经十余年研究，取得以下创新性成果： 1.发明了耐热高导Al-Zr-Y合金材料及微结构调控工艺，解决了耐热相粗大和溶质锆(Zr)原子析出不充分的难题，使导电率从60% IACS提高到60.8%IACS，耐热温度从150℃提高到210℃。研制的耐热铝合金导线电网改造工程中获得大量应用，占国内耐热导线40%市场份额； 2. 发明了高强抗疲劳Al-Mg-Si导线，解决了强化相调控和超细夹杂去除的难题，显著提高了材料的抗疲劳性能，在运行张力增大的条件下，振动疲劳寿命超过3000万次。研制的特种大跨越导线和全铝合金节能导线，占国内30%市场份额，特别是大跨越导线，几乎包揽了国家电网大跨越工程； 3. 发明了高效除氢、活性涂层陶瓷过滤和新型细化剂制备等导线冶金质量控制技术，解决了微量杂质元素与气体去除的难题，实现了电工铝导线的导电率从61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型节能导线在特高压工程中获得大量应用。 上述成果依托国家973项目、国家自然科学基金、上海市节能减排专项等项目，共获得19项中国发明专利，1项美国专利和25项实用新型专利，发表论文49篇。成果在特高压电网建设、电网增容改造、新能源并网发电、电网领域节能减排中发挥重要的作用，并且出口到欧美及一带一路沿线国家，海外累计架线超2万公里，打破国际垄断，成为中国制造和中国电力走出去的“国家名片”。 导线性能测试实验室 超细夹杂物去除-现场试验 加拿大奥尔兹湾跨海大跨越——世界拉力最大的输电跨越工程 晋东南-南阳-荆门 1000kV 黄河大跨越