镁合金是作为一种轻质金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼性能好、电磁屏蔽效果好、铸造性能优良和加工性能好的优点，获得了广泛的应用前景。在镁合金产业化应用过程中，稀土往往作为制备过程中的优化剂来改善合金的熔体纯净度、晶粒细化度及产品外观质量，同时可大幅度提升合金的强度与延伸率。但是目前普遍使用的稀土镁合金强度低导热性能差，限制了其大规模应用。因此，开发具有高导热性、高强度的镁合金对于扩大镁合金在 5G 通信、3C 器件及汽车产品等需要高散热领域的应用，具有极其重要的意义。 高导热高强度镁合金是在一定配比的 Mg-Zn-Zr 系列合金中添加 Nd 稀土金属，Nd 的添加可以改善合金的熔体纯净度、晶粒细化度及产品外观质量，并有效析出基体中的 Zn和 Zr 原子，有效提升合金的导热性能和力学强度。镁合金的导热性能可以通过导热率来体现，力学性能可以通过抗拉强度，屈服强度体现。高的导热性能可以保证合金在散热器件领域的热导性能指标，使器件可以具有较快的热量传输能力，使设备内部热量及时排出;高的力学强度可以保证合金作为结构件的力学性能指标，使其作为结构件更为可靠。相较于传统镁合金，团队通过添加 Nd 稀土元素可以有效提升镁合金的导热性能和力学强度，Nd 一般分布于晶界，可以弱化镁合金的织构，提升镁合金各晶粒之间的协调能力:而且 Nd 在镁合金成型过程中可以与 Zn 原子结合形成热稳定的第二相，促进动态再结晶提升镁合金的强度:此外，Nd 元素的添加会与基体中的 Zn 元素结合，减弱基体中的晶格畸变，提升镁合金的热导率。

团队研究开发了医用钛合金表面处理新工艺，包括微弧氧化法制备含钙磷涂层和电化学沉积法制备羟基磷灰石涂层。其中微弧氧化法制备的钛合金医用涂层 中钙磷总含量超过 20 at. %，Ca/P 接近 1.67，涂层与基体结合强度超过 50 MPa， 涂层性能远超高目前临床应用 HA 涂层与基

技术背景： 针对镁合金耐热性低的问题，在JDM2基础上，利用高热稳定 性的“LPSO+析出相”核心单元+晶界弥散相的复合强化 ， 发明 了高温强度、疲劳强度、抗蠕变、耐磨性优良的JDM3合金。 技术水平：工作温度首次达到300 ℃以上（>0.5Tm），抗拉强度保持 300MPa；综合性能超过AC8A铝合金。获发明专利3项，获2007年上海市技术发明一等奖应用领域： 航空、航天关键装备

技术背景： 通过添加稀土与钙等表面活性元素，改变表面氧化层的生长动 力学和化学组成，在镁合金表面形成复合致密氧化膜结构，提 高熔体燃点。发明的JDZM镁合金，实现了镁合金无保护熔炼 与生产。 技术水平：创新的镁合金燃点测试、氧化热力学和动力学计算、氧化膜结 构分析等方法以及建立的阻燃镁合金氧化模型被国内外学者在 随后的研究中广泛借鉴，单篇论文引用次数超过100次； 实现镁合金熔炼、加工无需保护，阻燃温度达935℃； 研究成果获2003年国家科技进步二等奖。 应用领域：3C产品构件 • 汽车方向盘骨架 • 汽车变速箱等轻质压铸件

针对镁合金耐热性低的问题，在JDM2基础上，利用高热稳定性的“LPSO+析出相”核心单元+晶界弥散相的复合强化，发明了高温强度、疲劳强度、抗蠕变、耐磨性优良的JDM3合金。工作温度首次达到300℃以上（＞0.5Tm）抗拉强度保持300Mpa；综合性能超过AC8A铝合金。

镁合金是迄今为止在工程中应用的最轻的金属结构材料。它除了具有低密度、高比刚度和比强度之外，还具有优良的阻尼减震性能，高的热导率，优良的电磁屏蔽和机械加工性能，被誉为“ 21 世纪绿色轻质结构材料”。目前，镁合金产品的成型方式主要是铸造，尤其是以压铸件为主导。但因铸造产品存在难以克服的疏松及缩孔等缺陷，使得镁合金的应用受到限制。而变形镁合金则具有很大的技术优势，具有制造薄壁轻质结构件的巨大潜力。如何开发出高附加值的镁合金变形型材已成为镁合金领域的重要发展方向之一。然而，阻碍变形镁合金大规

成果与项目的背景及主要用途：统计资料表明，80-90%焊接结构断裂事故 是由疲劳失效引起的，由于焊接接头的焊趾处的应力集中和残余拉伸应力作用， 焊接接头疲劳强度大幅度地低于基本金属的疲劳强度。虽然结构按疲劳规范设 计，仍然发生一些整体结构的过早疲劳失效，造成巨大的经济损失，甚至是人 身伤亡事故。由于焊接接头焊趾是疲劳裂纹引发部位，如果对该部位实施适当 的处理，使残余拉伸应力转变为压缩应力和减少应力集中，这将有利于延缓疲 劳裂纹的产生，具有巨大的社会效益和经济效益。本项目是在国家自然科学基 金的支持下完成的，从超声波冲击、相变应力应用、等离子喷涂等三方面提出 了三种改善焊接结构疲劳性能的新技术，研制发明了相应的装置、焊接材料和 喷涂技术。这些方法可以方便地应用到桥梁、采油平台、船舶、飞机、机车车 辆、压力容器及管道等工况、野外施工和高空现场作业的场合，其应用前景是 十分乐观。 技术原理与工艺流程简介：天津大学科技成果选编 1）超声冲击方法改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理为：通过超声波发 生器将电网上的工频交流电转换成超声频的交流电，用以激励声学系统的换能器。 换能器将电能转换成同样频率的机械振动，在机架所提供的一定压力作用下，将 该超声频的机械振动传递给工件上的焊缝，使以焊趾为中心的一定区域内焊接接 头表面产生足够厚度的塑性变形层，从而达到改善接头几何外形，降低应力集中 程度、调节其应力场沿厚度方向的分布状况，最终达到改善焊接接头疲劳强度的 目的。 2）相变应力应用改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理：利用开发的相变 应力焊接材料使焊缝金属冷却中产生的相变应力，抵消焊接残余拉伸应力并获得 压缩应力，最终达到改善焊接接头疲劳强度的目的。 3）等离子喷涂改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理：利用等离子在焊趾 部位喷上结合性能良好的涂层材料来改善接头的应力集中状态，最终达到改善焊 接接头疲劳强度的目的。 技术水平及专利与获奖情况：整体研究达国际先进水平；已获国家发明专利 3 项，在申请国家发明专利 5 项；2004 年度天津市自然科学一等奖，2002 年获 教育部发明二等奖。 应用前景分析及效益预测：接头焊趾及焊跟部位是焊接结构承受疲劳载荷的 薄弱环节，改善焊趾和焊根部位的疲劳性能将提高整个结构的疲劳性能。使用超 声波冲击、相变应力及等离子喷涂等这些新技术可以大幅度地改善焊接结构的疲 劳寿命，显著降低焊接结构破坏事故的发生几率, 进而节约焊接结构的用钢量和 资金，增加焊接结构的安全裕度，防止因焊接结构发生意外疲劳破坏事故给国家 和人民财产的经济损失，因此具有广阔的应用前景及产生巨大社会效益和经济效 益的可能。 应用领域：可以应用到桥梁、采油平台、船舶、飞机、机车车辆、压力容器 及管道、水轮机、火箭发动机、汽车制造等诸多领域。 

本项目涉及的是一种与大线能量焊接用钢相配套的专用药芯焊丝。近年，随着构件的大型化和大跨度化，为提高焊接施工效率和降低生产成本，诸如自动气电立焊、埋弧焊、电渣焊等大线能量焊接方法已相继在造船、建筑、桥梁、石油化工、海洋结构等制造领域中得到广泛应用。 例如，在船舶制造中，焊接工时约占总工时的40%，焊接成本约占船舶制造成本的17%，日本造船行业从90年代初开始应用大线能量焊接技术后，焊接效率较传统的多道次焊接提高近10倍，但是在大线能量焊接条件下，焊接接头处的温度升高、受热时间增长，导致焊缝及热影响区(HAZ) 晶粒组织粗化，会使力学性能尤其是冲击韧性变差，为解决此问题，日本在20年前就已采用氧化物冶金新技术研究开发成功能够承受400kJ/cm以上热输入的大线能量焊接造船钢板，40至100mm厚度的钢板可实现一道次焊接成形，使造船成本显著降低、船舶建造周期大幅度缩短，但日本各钢铁公司对这项技术严格保密从不披露其工艺细节。在此背景下，国内钢铁企业和科研院校相继开展了大线能量焊接专用钢的研究开发，其中，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室同国内钢铁企业合作已经工业试制成功线能量大于400kJ/cm的 战略石油储罐用钢（该项成果2013年获冶金科学技术二等奖）和EH40、EH36级船板用钢，但是与这些大线能量焊接用钢相配套的国产焊接材料此前鲜有研究开发和实际应用业绩报道，目前国内市场所需的100-300kJ/cm 大线能量焊接专用药芯焊丝几乎全部从日本高价进口，而能够承受400kJ/cm以上线能量的高端药芯焊丝日方处于某种战略考量至今拒绝出口中国市场，为了改变这种长期受制于人的被动局面，东北大学RAL国家重点实验室基于前期大线能量焊接用钢研发的技术基础，近期已试制成功直径1.0-1.6mm、焊接线能量100-500kJ/cm、适于气电立焊的大线能量焊接专用药芯焊丝，药芯焊丝在线能量200～425kJ/cm的较大范围内，各项力学性能均能满足目前国内常用船板的大线能量焊接要求，同样有望满足储油罐钢板的大线能量焊接要求。该焊丝除有望替代进口、满足国内造船企业和国家战略石油储备库建设的大量需求外，还有望在海洋工程、石油化工、高层建筑和桥梁建造等众多领域得到推广应用。

本项目设计和实施一种5自由度简易焊接机器人。简易焊接机器人可以靠底座的四个脚轮方便地在工件周围移动。架体侧面安装有电磁吸盘，当操作者指定一段焊缝时，机器人吸附在工件一侧，机器人基座与工件保持相对固定。简易焊接机器人具有5个自由度。三个移动轴沿x、y和z方向可将末端工具送到不同的空间位置，而机器人末端的两转动轴解决焊枪姿态调整的不同要求。x和y方向的移动靠同步带传动，z方向的移动由梯形丝杠传动，在焊接一个平面特征时，z轴可自动或由手工调节完毕，可不做位置控制。两个手腕正交布局，且电机前置，缩短传动链，简化设备。机器人的末端设计有焊枪连接法兰。其关键技术包括：直线/圆弧焊接特征的轨迹规划、焊枪摆动规划、机器人控制技术。 简易焊接机器人体积小、重量轻，移动和安装都很方便，可以连续工作并能提供稳定的焊接质量。简易焊接机器人的焊接轨迹为比较规则的直线或者圆弧，主要用来满足手工焊接和机器人自动焊接中间的空白焊接需求。

本项目己列入江苏省2017年科技厅重点研发资助项目，项目瞄准 国际领先的美国SMC国际镣合金集团公司及Techalloy公司、瑞典伊萨 (ESAB)公司镣基特种焊条产品，立足本土资源研发出可替代进口产品 的国产化镣基焊条。在研发过程中，通过对NiCrMo、NiCrFe两大系列 镣基焊条采用独创熔渣设计思路,攻克了高镣液态金属熔点高、粘度大、 流动性差、与熔渣相互粘合从而难于焊接成型及脱渣困难的技术难题。 研发出的产品焊缝成型良好、脱渣性好