本项目开发的超细晶高强多孔铁合金具有精细细小（均小于5微米），强度高、韧性好、质轻等特点。根据不同需要可制备出孔隙率从10-50%的多孔结构，孔径在1微米左右。当孔隙率为20%时，最高抗压强度超过了1000MPa。当孔隙率达到50%左右时，抗压强度超过了400MPa，压缩率超过50%而不断裂。该合金具有非常好的软磁性能，可用于轻质铁磁性材料的制备。

本成果获发明专利授权。在多年新型多孔铁合金材料研究的基础上，以自制的纳米铁合金粉末为原料，通过与美国圣地亚哥州立大学粉末技术实验室合作，成功的制备了具有微纳米多孔结构的块体铁合金材料，该合金不但具有高的孔隙率、大的比表面积、还表现出了优异的力学和减震性能，通过对对工艺的控制可以实现10%～50%孔隙率的超细晶多孔铁合金的制备，当孔隙率在50%左右时，压缩强度依然可以达到600 MPa以上，比目前市场上销售的高致密普通粉末冶金制品的强度高200 MPa左右。在轴承、齿轮、减震垫板、能量吸收装置等关键零部件上有很好的应用前景，潜在的应用价值和市场空间非常巨大。部分研究成果得到了世界著名粉末冶金专家Randall M. German教授的高度评价。

泡沫铝具有高弯曲比刚度、吸声、隔音、隔热、电磁屏蔽、减振缓冲等诸多优良性能，同时还具有金属铝固有的防火、防潮、无毒、无味、耐蚀、抗老化等性能。在航天飞行器等领域已实现应用，在汽车领域用作汽车部件，可显著提高汽车的被动安全性、抑制振动、减轻重量，达到安全和节能的目的。此外，在船舶、隧道、高速公路声屏障、工厂、商场、体育场馆等场合也能够实现大量应用。/line泡沫铝的结构特点：/line1、孔径2～6mm，孔隙率75～85%/line2、能制备异型泡沫铝、泡沫铝芯三明治及泡沫铝芯充填管、壳复合结构。

小试阶段/n一种钒钛硅铁合金的制备方法，其特征在于：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2~8 wt.%的五氧化二钒，0~20 wt.%的碳、0~30 wt.%的金属铝、0~10 wt.%的铁、0~10 wt.%的硅和0~30 wt.%的镁，混合均匀；然后进行熔融热还原，制得钒钛硅铁合金。。本发明针对高钛型高炉渣资源化利用过程中的提钛工艺成本过高、工艺对环境有污染，以及提钛后残渣难以利用等技术难题，提供一种收得率高、附加值高、节能减排和利于环境保护的钒钛硅铁合金的制备方法。制得的钒钛硅铁多元复合合金作为

该铁合金粉末平均粒径小于500纳米，比表面积大，强度高；与超细铁粉相比，化学稳定性好，具有一定的磁性，可长时间在空气中放置而不腐蚀，不变质，成型性好，阻尼性能好；适合取代超细铁粉用于高端粉末冶金制造；适合用于阻尼涂料添加剂，对高频振动波具有很好的吸收效果；适合用于磁流体材料添加剂，在弱酸、弱碱中能稳定存在而不被腐蚀。

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。

铁合金行业作为钢铁行业重要的子行业之一，2017 年产量总量为 3288.7 万吨。铁合金行业蓬勃发展为社会带来巨大经济效益的同时，也产生了大量的工业固体废弃物。在冶炼合金时，每生产 1t 合金通常会产生 1.2-1.3t 的热熔渣。热熔渣的随意排放不仅占用了宝贵的土地资源，产生热能资源的浪费，还对周围的生态环境和人体健康造成一定的潜在威胁。因此，在中国特色循环经济背景下，铁合金行业闭环环节关键设备与技术的研发与产业化迫在眉睫。青岛青力环保设备有限公司、北京科技大学和宁夏吉元君泰新材料科技有限公司结合铁合金产业闭环环节的热质废渣处理和资源化问题，研究铁合金渣的物理化学特性，在工业生产中充分利用熔融态铁合金渣的显热，热熔渣经过调质后达到预期的“修正酸度系数”可直接生产优质岩（矿）棉，其能源消耗将大大降低。相对于冷料工艺，此工艺避开了冷料工艺中先冷却再熔融的弊端，可以充分利用热熔渣的显热实现能源的最合理利用，极大地降低了生产成本，相比于其他高炉热熔渣制棉工艺，经过优化调质可生产出优质岩（矿）棉产品，达到《建筑外墙保温用岩棉制品》的国家标准。在岩（矿）棉生产线设备方面也进行了一系列的改进和创新，并研发了岩（矿）棉自动生产线电控系统，通过物联终端的网口通功能将可编程序控制器（PLC）和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中，实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程，进而实现对生产线的远程控制、故障诊断、远程故障排除等远程监控运维，使设备更加高效，产品更加稳定，企业具有更强的市场竞争力。本项目所建成的铁合金热熔渣生产岩（矿）棉工艺主要由调质电炉、离心机、集棉机、集粒机、摆锤、成型机、固化炉、切割机及产品包装等设备组成。目前国内在使用铁合金热渣成棉的热渣类型主要为硅锰合金热渣和镍铁合金热渣。转运方式主要是汽车运输、电瓶车运输和火车运输。在生产中对每一批次（2-3 个月内冶炼原料和工艺保持不变）的铁合金热熔渣预先进行物理化学基本特性分析，即时优化调质料配比。调质电炉的主要作用是储存熔融态铁合金渣，保证流股的稳定性和均匀性，铁合金热熔渣流入调质电炉，依托最优调质配比进行调质并均质化（电弧均化与底部氮气喷枪均化），调整其修正酸度系数，在热均匀性和化学均匀性上使熔体达到成纤标准。2、核心装备技术的设计（一）调质电炉核心设计：1、调质电炉为直接加热式三相交流电弧炉，电弧发生在专用电极棒和液态热熔渣之间，热熔渣和调质料直接受到电弧热加热并进行均化。除了电弧均化，为了加强热熔渣与调质料的调质反应过程，使最终热熔渣温度和成分均匀，在电弧炉炉底部加装氮气喷枪。2、炉体设有一个密闭接渣口，通过密闭溜槽使热渣缓慢流入炉体内，接渣时需手动打开进渣口门。3、炉体一侧出渣口设一个手动水冷铜出渣门用来控制流量的大小，另一侧设一个出铁口，用来放出炉底沉淀残铁。4、特殊配制的耐材。5、电炉变压器为电弧炉专用变压器，采用有载电动调压，低压二次侧采用铜排顶出线，外封口。变压器油水冷却器采用强油循环水冷却器。6、电极升降自动控制系统由西门子S7-200型PLC来完成。将三相电弧电压、电流信号通过信号转换电路变成 0-5V 标准信号送入 PLC 模拟量输入模块，PLC根据采集的电流、电压信号、变压器档位及给定值等信号，按照功率控制的原理进行运算处理及逻辑判断后，将结果通过 PLC 模拟量输出模块控制液压系统电极升降阀（派克比例阀 3 用 1 备），对电极升降进行自动调节，当一路出现故障时可以手动切换，从而控制输入到炉内的电弧功率，以满足冶炼工艺的要求。在自动控制过程中，随时可通过按键来增加或减少给定信号，在运行过程中，随时可以手动控制电极升降。（二）离心机核心设计：热渣用离心机不同于冷料用离心机，为更好使用各种类型的热渣，经过几年的理论与实践生产，设计并制作出专用的热渣离心机：（1）主轴采用多级弹性支撑，减震效果好，支撑强度大，长期使用稳定性好，大大提高了轴承的使用寿命，比传统离心机的轴承使用寿命提高 30-40%。（2）不同的坐标位置，使成纤率提高 5-10%。（3）离心辊头采用 316L 多层堆焊，辊头使用寿命延长 72-120 小时。（4）可调胶环，分别计量控制精确供胶，中心喷胶与外围喷胶相结合，使喷胶更均匀，节胶、高质，有效减少花棉的出现。（5）整体风环结构有区别的导流片设计。（6）辊头采用开式或闭式冷却方式，轴承采用压缩空气油气雾化技术，既可对轴承充分润滑，又对轴承起冷却作用，从而大大提高了主轴轴承的使用寿命。（三）鼓式集棉机核心设计：（1）集棉机采用转鼓式，直径 5 米，总宽度 2.8 米，网板有效宽度 2.4 米，线速度可达 100 米/分钟，从而保证了一次棉在网板上分布得更薄更均匀（小于350g/㎡）从而保证了制棉的质量。（2）由于转鼓的两端支撑在大型回转支撑上，并有良好的润滑，故其使用寿命非常长（几年至十几年），大大减少了设备的维修量。（3）网板采用长条孔结构，通透率大于 48%，从而减少了负压风机的功率消耗，增加了成纤率。（4）集棉机内配备刮板机、螺旋输送机、高压水清洗装置，保证了集棉机长期稳定运行。（四）摆锤的核心设计：摆锤目前主要分弧摆和平摆。国内岩（矿）棉厂基本上都是弧摆，优点是结构简单维修方便，缺点是岩棉板容重不均匀；国外岩棉厂有的采用平摆，优点是岩棉板容重均匀性一致，提高了产品质量，缺点是结构复杂维护麻烦。我们特殊设计的摆锤形式为似平摆，结构简单维修同样简单方便，岩棉板容重均匀性基本达到 95%以上，而弧摆形式的容重均匀性为 80-85%。（五）固化炉核心设计：固化炉接受加压机输送过来的棉毡经固化炉上下网版输送、加压、烘干，使棉毡里的粘结剂在运行过程中连续固化，以形成一定厚度、容重的岩棉板。固化炉上下网板为单独驱动同步运行。固化炉内分为四个加热区，外配 4 台热风炉由天然气燃烧机产生热风循环加热，并将熔化系统的低温换热器产生的热风送至热风炉以降低天然气的消耗量，使产品固化能耗降低、效率提高。固化炉烘烤需要天然气和煤气，而许多热渣厂家有高炉煤气或矿热炉煤气，所以热渣制棉生产比冷料工艺生产可节省此天然气费用，大幅降低了生产成本。（六）冷却、切割系统核心设计：冷却切割系统主要由五部分组成：冷却、纵切、废边回收、切条、横切。纵切：三套刀具，可随时升降。碎边机：独立碎边，配备碎边回收风机，安全可靠。切条机：一用一备共 2 套，可随时升降切换使用。横切：由于生产线是连续不停的运行，但产品要求定长切割，因此横切（飞锯）必须与生产线同步。我们采用多台伺服电机，配以运动控制器，使横切动作运动瞬时跟踪整个生产线的速度，即使在切割过程中也可以做到，从而保证了切割精度在+2.5mm 以内。(七)智能云平台系统是我们研发的岩（矿）棉自动生产线电控系统，由中央控制、加配料、富氧、温控、成纤、集布棉、打褶打压、固化、切割、制胶等 10 大电控系统组成，它完成岩（矿）棉从原料熔化开始，到切割成成品为止的全部生产过程控制。各子控制系统通过中央控制系统统一协调，采用“主站-从站”结构，分散集中控制（DCS）,主站采用了西门子公司生产的 S7-1500 系列可编程序控制器（PLC），从站采用了西门子公司生产的S7-200 Smart系列可编程序控制器（PLC），系统各部分的联系，仅用一根 TCP/IP 总线，方便地组成工业以太网，并配以计算机和西门子专用界面软件 WinCC，可图文并茂的设定、显示、传送、查询和打印各从站的数据。通过在设备的中央控制系统配套天启物联终端云 BOX TN-605 以及高速的 4G运营商网络实现与远程运维服务平台的数据连接。通过物联终端的网口通功能将PLC 和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中，实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程，进而实现对设备的远程控制功能。远程运维服务平台通过网口通、串口通软件可以实现设备的全方位监控云服务。通过对现场设备的实时状态监测、远程启停控制、设备报警通知、设备地图管理、微信端监控等功能，实现在任何时间、任何地点实时查询设备最新状态、设备参数和变量的实时变化，了解设备状态、参数和变量的变化趋势，并获得针对这些变化趋势的统计分析等。另外运维平台的数据归档服务功能，可实现对用户设备数据的定期分类归档。用户根据平台采集归档的海量数据，对设备相关数据进行大数据分析，定义出触发器条件。另外，平台在云端提供了一个强大的计算引擎，可以实时计算设备当前状态、变量和参数是否符合触发条件，同时对符合触发条件的情况触发事件报警。这一功能使得产品生产处于实时预警、可查可控的状态，对于提高岩（矿）棉生产率和合格率效果明显。(八) 熔体流量自动控制系统虽然电炉上已安排液压（或电动）水冷闸板阀用于控制流股的稳定性，但由于需定期加入熔渣，电炉液面还有一定的波动，从而造成流股的不稳定性。另外，液位高度变化、组成成分的波动，都会对熔体粘度发生影响，造成流股波动，无法保证制品的稳定性。我们开发了熔体流量自动控制系统，利用安装在成型机下面的自动称重系统来捕捉流股的变化。通过 PLC 控制系统，采用计算机程序运算，对整个生产线的速度进行 PID 调节，从而保证产品容重的波动在极小的范围内，容重控制在±5%以内（国家标准容重范围在±10%），保证了产品质量，降低了生产成本。3、典型铁合金热熔渣生产优质岩（矿）棉调质技术研究大量研究利用硅锰、镍铁等典型铁合金废渣为原料，将熔体采用高速离心喷吹等工艺制成的丝状无机纤维，制成矿棉。这种矿棉与目前广泛应用的岩棉相比，在酸度系数、耐水性、耐火性、耐腐蚀性以及纤维长度等方面还有很大差距，矿棉的性能还不能满足建筑外墙用保温材料的标准要求。由于矿棉原料成份与岩棉原料不同，通常对热熔渣进行调质处理，添加硅石等调质剂，尝试的效果不十分理想。在高温热熔渣调质过程存在熔渣难与调质剂混合，并产生降温造成熔渣黏度高，难以达到硅酸盐体系的成丝要求，严重影响了矿棉生产和成丝质量，制约了铁合金渣的利用，造成了铁合金生产的环保压力。我们针对上述已有技术存在的不足，创新研发了一种能快速形成硅酸盐系的调质方法：以新的修正酸度系数 Mk*=1.6 为标准，这样最终的酸度系数 Mk 在1.7-1.9 之间。将铁合金热熔渣浇入调质炉，电极加热（电弧均化）产生一定的流动性，炉底部喷枪喷入氮气，促进与加入的调质料（热料或小球状冷料或粉料）充分混合，保证了快速形成硅酸盐体系，并通过调质电炉升温保温再均化等，得到熔体温度合适、黏度适宜、成分符合吹棉要求的熔渣，解决了熔渣难与调质料混合并产生降温的问题，达到了高质量矿棉的性能标准，实现了对矿产资源的节约以及铁合金废渣更好的利用。利用铁合金渣生产矿棉的调质方法，调制出的熔渣流体的修正酸度系数 Mk*为 1.5-1.6，温度 1360-1460°C，黏度 14-6 Pa·s。将调质好的熔体通过离心喷吹制成岩（矿）棉，其岩（矿）棉纤维可达到《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》GB/T11835-2007，岩（矿）棉板可达到《建筑外墙外保温用岩棉制品》GB/T25975-2010 性能要求。通过大量实验得出结论：用高硅低铝高钙调质料对硅锰渣进行调质最为适宜，用高硅高铝低钙调质料对镍铁渣进行调质最为适宜。

钛及钛合金（钴铬钼合金）因具有优异的抗腐蚀性、生物相容性、低密度和高的比强度等特点，在医用骨修复领域得到了广泛应用。但其杨氏模量与自然骨不匹配，拉伸强度、抗压强度和抗弯强度都比人骨高得多，载荷不能由植入体很好地传到相邻的骨组织，产生了应力屏蔽现象，造成植入体周围出现骨应力吸收，最终导致植入体的松动和断裂，限制了其进一步的应用。 与致密材料相比，生物医用多孔钛合金（钴铬钼合金）材料具有独特的多孔结构和更接近于人骨的强度和杨氏模量，在医学领域特别是骨修复方面发展前景广阔。

多孔骨支架材料是修复骨缺损最有前景骨替代材料，但制约其临床应用的瓶颈是支架深部骨再生能力，本研究在复习文献，总结现有骨支架材料的优缺点的基础上，提出仿生多孔复合骨支架材料的设想。自骨单位——哈弗斯系统结构特点得到启发，从结构与成分仿生出发，结合现有的生物合金、水凝胶及陶瓷支架的优势特点，设计了一种新型镁合金/水凝胶/生物陶瓷复合骨支架。支架内部由力学强度较高的多孔镁合金支架构成核心，支撑支架形态，可体内降解，且降解产物有助于成骨；支架其余部分由仿生多孔水凝胶/陶瓷复合骨支架填充，具有中央大孔和周围放射层板状孔隙结构（图1）。该孔隙结构开放度高，骨传导性强（图2）；水凝胶/陶瓷支架可在体内降解，并模拟骨组织细胞外基质特点，为成骨细胞提供适宜的微环境（图3）。新型仿生多孔镁合金/水凝胶/生物陶瓷复合支架具有力学强度适宜，可体内降解，生物活性优良等特点，有望逐步取代现有的陶瓷或金属骨支。