项目简介： 该项目源于国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备” 之“高效可

本成果来自有重大应用前景的横向项目，它以自制的小于10微米直径的Fe-Ni-X复合粉末为原料，通过液相烧结的方法制备了高密度的高强、高硬的Fe-Ni-X软磁合金，该合金抗压强度可达2000 MPa以上，同时压缩率在50%以上，平均硬度高于300HV，同时饱和磁化强度可以达到160emu/g以上，与传统的Fe-Ni合金相比，硬度提高3倍以上，屈服强度提高1倍左右，可以粉末注射成型（ＰＩＭ）技术，取代不锈钢进行结构复杂、高性能的精密制件的制作，研究成果处于国际外领先水平。

在镁合金多元组分设计理论、复合化体系构建以及表面功能化技术等方面开展了大量创新型研究， 自主研制了具有自主知识产权的均匀降解且降解速率可控的高强韧镁合金及其复合材料，并且形成了系统的表面功能化改性技术，研究成果在生物植入器械（如 心血管支架、骨科固定）领域具有广泛的应用前景。提出多元合金化设计和 LPSO / SFs 相结构调控理论， 克服了传统镁合金降解不均匀、变形能力差以及强度低等难题， 研制出一系列均匀降解且降解速率可控的高强韧镁合金 ， 该合金不仅保持高的抗拉强度（大千 350 MPa , 最高可到 410 MPa ) 和延伸率（大千20%）， 实现了合金屈强比在 50%"'93％范围内的可控调节 ， 而且降解速率低（小千 0. 4 毫米／ 年）且均匀降解。在此基础上，突破镁合金的结晶和加工尺寸瓶颈，创新性地提出了镁合金／非晶和镁合金／高分子的新型复合体系， 并形成了系统的表－界面功能化改性技术， 解决了单一镁合金降解速度过 快、碱性降解以及功能欠缺等系统性难题， 赋予了材料力学性能可设计、降解性能可调控以及抗菌功能化等特性。

在镁合金多元组分设计理论、复合化体系构建以及表面功能化技术等方面开展了大量创新型研究，自主研制了具有自主知识产权的均匀降解且降解速率可控的高强韧镁合金及其复合材料，并且形成了系统的表面功能化改性技术，研究成果在生物植入器械（如心血管支架、骨科固定）领域具有广泛的应用前景。

本发明公开一种具有较高医用性能的新型镁合金.通过以下方法制备得到:将各镁合金成分球磨磨细混合;采用德国的SLM Solutions 500进行选区激光融化法处理;选区激光融化法处理后的镁合金产物依次经过1～3小时的580～800℃不完全淬火,1.5～2.5小时的200～280℃回火;最终切割成品.本发明采用合金粉末成分:钼,钽,铬,钛均具有良好的抗腐蚀性极强,能增强镁合金的抗腐蚀性和提高其抗拉强度.

目前主流的抗菌膜制备方法是在基膜表面接枝抗菌物质，常用的抗菌材料包括氧化石墨烯、碳纳米管、抗菌聚合物、金属离子等，但这些材料普遍存在着接枝方式复杂，且对环境有危害的缺陷。相比而言，季铵盐类抗菌剂具有抗菌效果好，环境友好等特点，目前水溶性的小分子或高分子季铵盐抗菌剂已经广泛应用于水处理、食品、医疗卫生和包装材料等领域。然而，将季铵化合物直接接枝到膜表面所制备的抗菌膜仍存在制备流程复杂，成本较高等问题，这也使得目前开发的大部分季铵盐功能膜无法大规模应用于实际水处理系统。因此，为解决以上问题，开发新型亲水抗菌功膜的制备方法是目前业内所亟需的。 本成果中提出的制备方法将氯甲基化聚合物制备为中空纤维多孔膜，并制作为管壳式膜组件，之后采用过滤操作模式直接将叔胺化合物接枝到组件中的中空纤维膜丝上，从而制备出具有优良抗菌性能的季铵化功能膜组件。该制备方法简单便捷，且接枝稳定性高，适合长期大规模应用于实际膜法水处理体系中，且制备的超滤膜具有良好的亲水性和抗菌性。抗菌膜制备简单便捷，常温常压过滤操作即可完成接枝，且接枝稳定性高，成本低，对水体中微生物去除率99.9%以上，尤其能抑制微生物在膜上（内外表面，孔道壁面）生长。 图1.性能参数

近年来，随着新能源汽车的迅猛发展，对作为驱动电机和微型电机铁芯材料的无取向硅钢的性能要求更高。作为高效率的驱动电机，需要满足高速旋转并获得高的转矩，同时还需要保证较高的磁感应强度以及较低的高频铁损。因此，实际生产与使用中要求驱动电机较传统无取向电工钢强度高 200MPa 以上，且在提高强度同时还需保证不能损害其优良的磁性能。本团队开发了两种新能源驱动电机用冷轧无取向硅钢，可以实现满足磁性能的同时，还拥有良好的力学性能，节能降耗。（1）0.2mm 规格的含铌硅钢性能如下：磁感强度 B 50 为 1.67-1.70T，铁损W 1.5/50 为2.0-5.5W/kg，W 1.0/400 为18.8-32.12W/kg，下屈服强度R eL 为460-510MPa，抗拉强度 R m 为 560-640MPa，延伸率为 16.08%-23.3%。（2）0.35mm 规格的含铜硅钢性能如下：磁感强度 B 50 ≥1.66T，铁损W 1.0/50 ≤2.5W/kg，W 1.0/400 ≤25W/kg，下屈服强度 R eL ≥800MPa，抗拉强度 R m ≥900MPa，延伸率为 15%-30%。

超疏水表面具有如自洁，疏水防污等特性，使其在众多领域都有巨大的应用前景。透明性的引入扩展了其在挡风玻璃，玻璃幕墙等领域的应用面。目前，透明超疏水涂层普遍存在易磨损，制作工艺复杂，缺少大规模制备的操作性，成本昂贵等缺点。本涂层利用长链硅烷修饰两种100nm粒径以下二氧化硅溶胶直接涂覆于由胶黏剂处理过的基材表面并稍加摩擦获得耐磨透明超疏水涂层。此涂层相较于气相沉积，模版法，刻蚀等技术制作方法简单，步骤与用时较少，并能大面积制备，重复涂覆。同时，制备价格较低，原料低毒环保，产品实用性强。

轻量化和绿色制造是实现航空航天和交通运输等领域节能减排的重要手段，铝合金是其轻量化首选，但传统铝合金服役性能不能满足高端制造业发展的要求，制造过程也存在高污染、高能耗、质量不稳定等问题。以新思路、新原理、新材料、新工艺克服关键共性难题，突破铝合金力学性能瓶颈、取代落后工艺是必然选择。 本项目以多相熔体原子团簇演变调控为突破口，发明系列纳米晶种材料，提出纳米晶种技术，已成为大幅提升铝合金的综合性能和加工工艺性能的创新手段。 传统铸造铝硅合金生产中通常添加磷盐、赤磷或磷铜合金调控共晶及过共晶Al-Si合金中的初晶硅相的尺寸、形貌及分布，但存在磷量不可控、变质效果及产品质量不稳定、P2O5污染严重的问题。生产中通常采用传统Al-Ti-B及Al-Ti-C细化剂铝合金基体的α-Al枝晶，但是因Si“中毒”及Zr “中毒”，对含Si或含Zr铝合金几乎失去细晶强化作用。基于以上难题，山东大学发明了用于调控初晶硅相的Al-P系纳米晶种材料及用于铝合金晶粒细化的强效AlTiC-B系纳米晶种材料。 Al-P系纳米晶种：①节能减排：与传统工艺相比，避免了P2O5有毒气体排放，简化工序，节能降耗。②产品质量提升：实现了初晶硅尺度及构型高效调控，铝活塞铸件抗拉强度提升0%，体积稳定性和可靠性显著提高。③高纯化：可将铝熔体中Ca、Na、Sr含量分别由22 ppm、14ppm、14 ppm降低至1 ppm以下。 AlTiC-B系纳米晶种：①解决了Si、Zr细化“中毒”等难题，有效调控基体相。②提升了Al-Cu系铝熔体的流动性，解决了热裂、浇不足等行业难题。③提升了铸件性能：与传统Al-Ti-B相比，使A356合金屈服强度提高15%，延伸率提高37%；使2024合金抗拉强度由398MPa提升至550MPa，延伸率由9.8%提升至15.5%。 获奖情况:2016年度山东省技术发明一等奖，纳米晶种合金系列产品与耐热高强轻金属材料的创制及应用2009年度山东省技术发明二等奖，硅-磷和铝-磷合金研制与发动机活塞材料强化新技术2005年度山东省科技进步二等奖，富磷富碳中间合金的研究与应用2004年度教育部技术发明二等奖，高效Al-P中间合金及其变质处理

一、 项目简介铝合金因重量轻、资源丰富、综合性能好，所以在机械、交通运输、航天与军事工业等高新技术领域中的应用逐年增加。生产高质量的铝合金，控制铸锭组织是十分必要的，而控制其组织和性能的关键之一是获得细小均匀的等轴晶。晶粒细化是近期国际上对传统材料升级和创造新型合金的三大工艺手段之一。因此，可以运用细化晶粒的方法来提高合金的性能，从而满足不断发展的技术对高性能材料的需要。晶粒细化方法可分为内生形核质点法和外来形核质点法，内生形核法主要包括电磁作用、超声波振动、快速凝固等方法，而外来形核质点法是通过向吕溶液中加入中间合金细化剂，产生异质形核核心，提高晶体的形核率，从而细化晶粒。在实际生产中，内生形核的几种方法都有一定的局限性，如需要特殊的设备和工艺，成本较高等，因此，目前向铝合金熔液中添加细化剂仍是细化晶粒最简单有效的方法。目前，应用较为广泛的铝合金细化剂包括Al-Ti-B、Al-Ti-C等中间合金细化剂。Al-Ti-B的细化机理是Al-Ti-B加入到铝合金熔液中，会与铝熔体中的铝反应生成Al3Ti、TiB2、AlB2等粒子，它们分散到整个合金熔液中并形核，从而起到晶粒细化作用。随着铝合金晶粒细化剂的多元化发展，人们通过向合金中加入稀土元素来提高细化效果和细化的长效性。稀土元素是表面活性物质，易在铝或铝熔液的晶界和相面上吸附偏聚，稀土的加入不仅能够改善Al3Ti形核相的形态和分布，还能细化熔液中微粒尺寸，同时稀土还具有除氢、净化铝液的作用。钪是一种稀土元素，Sc元素是优化铝合金组织和性能的最有效的元素，Sc对Al有很强的弥散强化、晶粒细化作用，并可有效抑制Al的再结晶。Sc和Al相互作用的主要特征是共晶共格，Sc和Al生成的Al3Sc相与Al基体母相共格，对位错及亚晶有极大的钉扎作用，阻止和抑制晶粒长大，促进晶粒细化，微量的钪元素就能够对铝合金起到很好的晶粒细化效果。近年来，快速凝固技术在工业中得到了广泛的应用，经过快速凝固处理后，金属在液态中的溶解度得到扩大，材料各部位的组织更加紧密，凝固结晶会更加细小，晶粒的分布更加均匀，这些结构上的改变使材料拥有了更高的综合性能，对工业生产具有重要的意义。本项目中的新型细化剂是在已有应用成熟的细化剂的基础上，向其中添加微量稀土钪元素，并结合快速凝固技术制备而成。将该新型细化剂加入到A356.2铝合金后，合金微观组织由原来粗大的树枝状晶粒变为细小的等轴晶，与已有的细化剂相比，其细化效果更加明显，对合金力学性能有更大的提高。二、 项目技术成熟程度已完成实验工作。实验中，对比了A356.2铝合金分别加入传统铸态Al-Ti-B、快速凝固Al-Ti-B、铸态Al-Ti-B-Sc和快速凝固Al-Ti-B-Sc，结果发现，快速凝固Al-Ti-B-Sc中间合金对A356.2铝合金具有最好的细化效果，微量稀土元素Sc的加入和快速凝固技术的使用使细化剂具有了更好的细化效果，经过该细化剂细化后铝合金的力学性能会得到更大的提高。三、 技术指标本项目中，未细化前，A356.2 铝合金的平均晶粒尺寸为120μm左右；加入传统Al-Ti-B细化剂后，A356.2铝合金的平均晶粒尺寸会细化至80μm左右；而加入该新型细化剂后铝合金的细化剂会细化至30μm左右，可见，该新型细化剂对A356.2铝合金细化效果非常明显。经过该细化剂细化后，A356.2铝合金的性能也有一系列的提高，硬度值由细化前的80HV增加到接近100HV。细化并热处理后，抗拉强度由原来的300MPa增加到接近370MPa，延伸率由原来的4.5%可增加到5%以上。该项目中的相关内容已申报发明专利，申请号为20130644087.1，专利正在受理过程中。四、 市场前景铝合金资源丰富，且具有良好的综合性能，所以应用非常广泛，向熔融铝合金中加入中间合金来细化铝合金的晶粒可以进一步提高合金的性能。随着铝合金应用的进一步广泛，对铝合金性能的要求也越来越高，该项目所涉及的内容在细化铝合金内部组织，获得性能更优异铝合金具有非常突出的效果。该项目中的新型细化剂，在低压铸造铝合金车轮的生产过程中将会有很好的市场前景，其对铝合金车轮性能的提高能够满足更高的使用要求，随着技术的不断成熟，该新型细化剂很可能取代现在已有的应用成熟的铝合金细化剂。五、 规模与投资需求六、 生产设备TECNO 90工业熔炼炉、快速凝固设备等生产设备及万能拉伸试验机、金属分析仪、金相显微镜等检测观察设备。七、 效益分析由于该项技术属本领域的新技术，较已有的技术相比有突出的优势，按每年生产1000吨计算，可获利约2000万。八、 合作方式面谈。九、 项目具体联系人及联系方式项目负责人：赵维民，电话：13370316780，  邮箱：wmzhao@hebut.edu.cn 。十、 附件：成果图片 A356.2铝合金细化前后的金相组织