一、成果简介 利用农作物秸秆和畜禽粪便，进行高温堆肥生产有机肥，或者对堆肥产品进一步制成各种作物专用有机无机复混合肥，以便用于非有机食品或绿色食品(A级)生产基地。利用具有耐高温、分解速度快的特异发酵微生物种群和快速堆肥发酵技术，利用当地丰富的农作物秸秆、畜禽粪便资源和廉价的国产设备及当地广阔的市场，生产营养丰富、兼有长效有机肥和速效化肥特点的生物有机复混肥料。既可以将废弃物资源充分利用，治理污染，改善生态环境，促进农业、养殖业发展，符合国家可持续发

我国显示行业体量庞大，目前所有平板显示TFT的核心技术专利和高端产线设备都掌握在国外垄断企业之手。升级和建设新型平板显示TFT产线技术的需求压力在未来几年中将不断增大，同时产业投入和竞争会急剧加大。发展和建立基于可靠宏量制备、定位和集成的纳米线阵列Fin-TFT技术，将有望推动我国新一代显示产业实现弯道超车和跨越式发展。

内容摘要：对植物营养元素碳的定位及其来源的认识偏差，是造成“化学农业”耕作方式缺陷的重要原因。土壤中有机养分的有效物质是植物根系可直接吸收的小分子水溶有机碳。以提供小分子水溶有机碳为目标的有机碳肥，具有广泛的农业功能和环保功能，它将推动农业走上土壤肥力阴阳平衡、作物高产优质和生态改善的发展之路。 关键词 有机碳养分 有机碳肥 阴阳平衡 物质大循环 一、对“碳”认识的偏差造成农业重大损失 肥料总体可分为有机肥料和无机肥料两大类，它们互相不能取代，也不能一衰一盛，而应阴阳结合，阴阳平衡，形成土壤和农作物的良好的营养基础，才有农业的繁荣发达。 综观我国肥料行业，化肥品种繁多产能过剩。而有机肥料却成本高、肥效低，农民不爱用。又由于它的标准不科学，还被不法厂商钻空子，粗制滥造，劣质有机肥坑农害民的现象不断发生。农民极难买到优质放心的商品有机肥。本应撑起肥料领域“半边天”的有机肥料逐渐被边缘化。 有机肥料落到今日这种地步，原因何在呢? 首先，在上世纪五十年代我国建设肥料产业时，有机肥料就拜错了师门。我国农业文明延续几千年，这在世界上是罕见的奇迹。几千年农业文明传承的密码是什么?物质循环!有机农业耕作中注重培肥地力，把有机废弃物通过堆肥的方式进行腐解处理然后反哺土地。这个循环中最主要的物质是碳，物质循环也即归碳于土、贮碳于土。我国农村过去几乎家家户户搞“堆肥”。这种堆肥的要点就是半厌氧发酵(不翻堆)和自然堆积焖干。这种“安安静静”的生产工艺既达到有机物料的腐解，又最大限度减少了碳损耗。然而我国商品有机肥的生产技术不采堆肥技术之所长，却采用“轰轰烈烈”的新工艺：又是好氧高温发酵，又是多次翻堆，还有高温烘干，把有机物料中的碳养分大量氧化成二氧化碳排掉。达到了生产“矿化腐殖质”的目的:生产出了一堆“粗、重、慢”的空壳。这里明显有化工工艺的痕迹。 有机肥料现行标准(NY525-2012)规定有机肥料正面的质量技术指标是：“有机质含量(干基计)≥45%”，“总养分(干基计)N+P2O5+K2O≥5%”。内行人都知道，有机物料发酵过程中消耗的就是有机碳，同一批物料发酵后干物质中有机质含量是下降的，那么以“有机质含量”作为质量指标有何意义?而“总养分”指标中，全是无机养分，不见有机养分(水溶有机碳)的影子。 有机肥料不提供有机养分，三十多年农业耕作不重视有机肥，就导致耕地有机质含量连续下跌，农田贫瘠化严重。 为什么会出现长达三十年的“化学农业耕作”?根本原因在于化学植物营养学理论的如下重大错漏。 1、认为植物有机营养仅来源于空气中的二氧化碳经叶片吸收和叶绿素光合作用转化，不认为植物根系能直接吸收有机碳养分。这就是植物有机碳来源“一通道说”。实际上存在由根系吸收的第二碳通道。不了解第二碳通道，就不重视给土壤补碳，导致土壤碳贫瘠和农作物缺碳。 2、对植物营养元素碳的定位不准确。植物干物质中碳占35%左右，再加上植物生长过程新陈代谢消耗大量碳，所以植物所需碳总量超过总养分量的50%。而植物各营养元素区划原则是根据植物实际需求量的多、少、微来区分的。碳元素所需总量与其他各“大量元素”不在同一数级上，它在植物物质结构形成过程中起着“组合者”的作用。所以从理论上把碳正名为“基础元素”以区别于大量元素，才有利于正确研究植物营养。 基于这样的认识，我们重新检视传统植物营养学的“木桶规则”。当碳(C)“板条”宽度相当于其他十几块“板条”宽度的总和时，还能箍成木桶吗?所谓量变到质变，碳已经不是组成木桶壁的一块板条，而是以碳为阴面，以十几种矿质元素为阳面的阴阳关系，而氢和氧(即H2O)属中性，穿合于阴阳之间，没有它，阴阳不可能结合。这就是土壤肥力阴阳平衡关系。 图1.土壤肥力阴阳平衡动态图 阴盛阳衰(纯有机种植)，农作物没有高产;阳盛阴衰(化学农业耕作)，农作物也没有高产。只有阴阳平衡且肥水充盈时，农作物才能发挥出最佳生产能力。所以阴阳平衡是大平衡，主平衡，无机元素平衡是小平衡、次平衡。只有阴阳平衡，无机元素平衡才能发挥实际效果。 3、把无机养分“离子说”绝对化，造成对无机养分利用率低的原因的误判。植物在原生态或肥沃的土壤中，无机养分与有机养分以多种形态结合成“有机无机”零电价态被植物根系吸收，有机养分利用率更高。可见无机养分离子态被吸收是在贫瘠土壤中才会出现。同性离子间互相排斥，异性离子结合成水不溶物，化肥利用率就低。另一方面，有机碳和各无机元素是以严格的配比，按植物DNA指令组装到植物细胞的，有机碳养分匮乏，无机养分离子比例过大，就会富余出大量无机离子，游离于植物胞外液中，导致植物对无机养分的需求弱化，这是化肥利用率低的深层次原因，也是农作物低产的根本原因。 4、对土壤中碳养分存在形态的误判。土壤有机质中的有机碳，绝大部分是不溶于水的，它不是真实的碳养分。没能向土壤微生物提供足够的可直接吸收的水溶有机碳肥料，微生物不能正常繁殖才导致土壤板结。对这个问题缺乏清晰的认识，微生物制剂不带有机碳养分，相当于不备军粮的空降兵，这是目前大量微生物制剂施到土壤中效果不佳、秸秆腐熟剂农民不爱用的原因。土壤板结与施用化肥没有太多关联。 以上各点都可以归结为对植物碳养分认识的偏差。这些理论的重大错漏影响我们几十年，造成农业领域的政策、技术、产业和耕作方式等方面都产生大量的失误。耕地普遍缺碳，农作物大面积缺碳病，其造成的损失是难以用数字表达的。我们祖先五千年积累的农业文明遗产将因五十年的“化学农业耕作方式”而耗尽。算起来历史留给我们挽救的时间只剩二十年了。 二、有机碳肥产品的研发 人类在一百七十多年前开始创建化肥工业，解决了向农作物高效富集地提供矿物质养分的技术问题，却至今未能建立高效富集的植物有机质养分的工业化体系。肥料工业的一条腿早已跨进了农业现代化门坎，另一条腿却还拖在小农经济时代。 有机碳肥研发的目标，就是生产富含植物有机养分的肥料。植物有机养分的有效物质是植物根系可直接吸收的小分子水溶有机碳。这种“有机”分子粒径小于800纳米，亲水性，其在水溶液中呈无定形“云团状”，能随水流被吸入口径小得多的植物根毛孔。 利用固液有机废弃物为原料，经微生物发酵或生化裂解，生产出液态有机碳肥和高碳有机肥，再利用这两种基础产品生产其他衍生产品。有机碳肥制造工艺路线图如下： 图2.有机碳肥生产工艺路线 有机碳肥系列产品，都以小分子水溶有机碳为主要有效成份，以保证施用后短期内其所提供的植物有机养分不少于10倍传统有机肥的有机养分。以下是目前有机碳肥各品种的技术指标，其中“EC”即有效碳，指小分子水溶有机质的含碳量。 表1.现有各有机碳肥品种的技术指标及性能特征用全新的检测方法进行检测：严格界定是否合格时，以DLS纳米测粒仪，测出水溶上清液中的分子粒径平均小于650纳米，且该部分在溶液中含碳量与样品总质量之比符合上表为合格。工厂化验室快速测试方法，是将样品水溶上清液通过650纳米滤膜后，测得过滤液中含碳量与样品总质量之比达到上表为合格。 有机碳肥还可以同化肥、微生物制剂复配开发出多款衍生产品，适合一切农作物，可作基肥、追肥、叶面肥和管道输送，因此它是一类市场前景无比广阔的高效绿色环保肥料，其在我国潜在的市场用量每年几千万吨。 三、有机碳肥的功能(8+1) 有机碳肥在农业方面有八大功能，加上其环保贡献，可概括为(8+1)： 1、有机碳肥是传统有机肥的升级换代品 有机碳肥“有效碳”6%～15%，其有机肥力是传统有机肥的5～10倍，同功能微生物相匹配使用更能使肥力倍增。每亩每茬用量20～100公斤就见显效，用量相当于有机肥的5%-10%，使用成本300～500元，相当于使用有机肥成本的40%-50%.有机碳肥单位面积用量少、水溶性好，就能象化肥那样方便施用，可上山、可入水。填补传统有机肥难于应用的大量空间。有机碳肥还可管道输送、可滴灌、可进入无土栽培系统，甚至还可用于气雾栽培。所以有机碳肥是信息化时代的精品有机肥。 2有机碳肥是化肥的最佳伴侣 有机碳肥与化肥混合施用与纯化肥对比，在化肥用量不减的情况下，农作物增产30%-100%，有机碳肥与三大化肥配合施用的合理配比如下： EC/W=0.2～0.3 式中：EC为有机碳肥中“有效碳”含碳量; W为(N+P2O5+K2O)总量; 0.2适用于土壤有机质含量较丰富情况; 0.3适用于土壤有机质匮乏的情况; 复合造粒EC/W值建议用0.25～0.3。 我国多年来有机无机复混肥料推广不开，主要原因是粗重的有机肥与精细的化肥门不当户不对。有机碳肥单位面积用量与化肥相当，混合使用门当户对。“有机碳无机复混”肥料必成未来主流肥料。 3、有机碳肥是微生物肥料的补碳剂 通过施用有机碳肥可以给微生物肥料补碳以提高其有效率。施用有机碳肥后，功能微生物迅速发展成土壤中的优势种群，随着土壤水气热环境改善，土壤生态良性循环产生的生物多样性又进一步推动生物肥力的提高，如此，有机碳肥就帮助微生物肥料发挥出真正威力。 4、有机碳肥是多功能高效土壤调理剂 有机碳肥是有机碳养分富集的有机肥，与普通有机肥相比，它不但用量少，而且它的使用浓度恰与功能微生物的需求相适应，能迅速调动和扩大功能微生物的作用，快速改良土壤。有机碳肥的原材料是有机废弃物，其中的高浓度有机废水保留并浓缩了有机物质中的水溶碳和中微量元素，这更使它兼具补碳与补素(中微量元素)的双重功能，所以有机碳肥是一种高效多功能土壤调理剂。 5、有机碳肥是农作物光合作用增强剂 有机碳养分经由被土壤微生物吸收、被根系吸收和与矿物质养分融合三种直接作用引发土壤生物肥力、物理肥力和化学肥力连环促进的能量传递，这个过程的发展变化导致土壤肥沃和根系发达，肥水供应充足，从而使植物叶片宽厚，叶绿体硕大、叶绿素丰富，植物光合作用效率大大提高，请看以下两组对比图。 图3.有机碳肥对农作物光合作用的影响 植物体内每日积累的碳水化合物(有机碳养分)越多，其所吸纳的矿物质养分就越多，大体呈正比的关系，所以施用少量有机碳肥，就能使农作物呈现30%甚至100%的增产，就连最难大幅度增产的水稻都能增产30%以上。 6、有机碳肥是农作物防病抗逆机能的促进剂 农作物有机碳养分充足，无机养分配套，土壤三大肥力连环促进，农作物就根深叶茂，对抗病害能力和自我修复能力就增强。土壤肥沃，生物多样性丰富，气场旺盛，土壤中和空气中有益微生物活跃，致病菌难以繁衍，农作物染病的机会就少。所以说有机碳肥是农作物防病抗逆机能的促进剂。 7、有机碳肥是激活农作物生产潜力的能源 有机碳肥能激发农作物的生产潜力。一些禾本科作物，例如水稻、小麦，施用有机碳肥后，有效分蘖数能增加30%以上，增产30%以上。对采摘期长的作物，使植株避免早衰、果实更丰满，还能延长採摘期。例如蕃茄、茄子、辣椒、四季豆、黄瓜等增产50%以上。利用“有机碳肥+化肥”技术使青花菜一株采三次花，产值增加150%。这方面更大的经济价值表现在使果树树势壮旺，延长生育树龄，成为接近原生态的“长寿树”。由于有机碳肥助根的“天性”，块根类作物如：红薯、马铃薯、淮山、萝卜、胡萝卜、人参、三七等，使用后块根硕大、风味特佳。 缺碳使许多化肥离子失去了被组合的机会滞留在植物胞外液中，使农产品质量下降口感差。有机碳养分的进入组合了这些垃圾变废为宝，使农产品既高产又优质。例如小番茄甜度提高33%，南方大棚哈密瓜的甜度达到18～19。发现灾害后及时灌施液态有机碳肥，可使农作物在短时间内恢复长势，取得较好收获。施用有机碳肥的豆科作物不倒伏，产量提高30%左右。 西兰花：底肥每亩用复合肥50kg加有机碳菌肥50kg;追肥每亩浇施液态有机碳肥4次共3kg;  玉米：底肥每亩用复合肥40kg加有机碳菌肥40kg;追肥每亩浇施液态有机碳肥3次共3kg。  图4.有机碳肥对农作物的增产增收的促进作用 8、有机碳肥护航土地永续耕作 常态化地开展物质循环，才能培肥地力。过去行之有效的千家万户“积肥”下地的“局部物质循环”已经式微了，土地缺碳、土壤贫瘠，农作物在亚健康中生长。有机碳肥产业就是建立大物质循环的产业。局部碳循环没有了，大量有机废弃物却乱堆乱排，我们顺势而为，建立起以有机碳肥为核心的大的碳循环，就能形成新的培肥地力机制，使土地永续耕作。 9、有机碳肥产业对环境保护的贡献 首先表现在节能减排和循环经济方面。当有机碳肥年产达到3000万吨时，全国每年可减排COD约400万吨。这是一种有别于传统环保措施的“完全碳回收”措施。请看以下比较图。 图5.有机碳肥处理技术对环境保护的重要作用 其次表现在对自然环境的改善方面。有机碳肥是高效土壤调理剂。常态化施用有机碳肥，土壤物理结构优化，水气热协调，有机、无机养分均衡，生物多样性丰富，土壤就能恢复生命力，提高自净能力和缓冲调节能力，温室气体排放减少，还给我们一个洁净清纯的大气环境。土壤团粒化，壤土层增厚，持水能力增强，有效缓解雨水对地表的冲刷，既保护了土地，又减少对河流湖泊的污染。有机碳肥与化肥配合使用，能使化肥利用率提高30%-50%，这就相应减少了化肥的挥发和流失，可大大减轻湖泊和近海富营养化的程度。 四、有机碳肥产业展望 有机碳肥不但功能广泛，而且适于解决当前我国农业面临的耕地贫瘠，农作物缺碳，农业环境恶化等紧迫问题。有机碳肥又是以固液有机废弃物为原料，原料来源取之不尽，生产过程耗能低，不产生二次污染，完全能发展成全国性大产业。我国垃圾围城、污水横流的局面，将因有机碳肥产业的兴起而改变。面对着大量有机废弃物，我们顺势而为建立起大物质循环体系，请看以下流程图。 图6.有机碳肥与大物质循环的关系 二十多年来我国耕地有机质含量平均每年下跌0.05个百分点，现在已经跌到2.08%，这种状况不能在短时期内根本扭转，农业现代化就失去土地基础。如何扭转?要使1亩耕地有机质含量提高1个百分点，必须施用8吨传统有机肥。18亿亩耕地必须用144亿吨。全国有机肥厂卯足劲干，需要70年!怎么办?面对悬崖绝壁，我们必须另辟蹊径：找有机碳肥! 有机碳肥产业加上使用有机碳肥技术改造的化肥、有机肥、微生物肥料产业，再加上用有机碳肥技术将大量分散的有机废弃物就地处理成肥料，特别是使用有机碳菌剂快速腐解的秸秆还田技术，形成对我国耕地多渠道多层面的沃土肥田覆盖，就可以化险为夷，使我国大部分耕地有机质含量每5年升1个百分点，10年内便可以使耕地有机质平均含量大于3.5%。达到此局面，在使用等量化肥的情况下，农业将整体增收30%以上。与此同时，我国将因上述措施每年减排COD近千万吨。有机碳肥技术是一项强国富民的创新技术，它将推动农业彻底告别“化学农业耕作”方式，走上土壤肥料阴阳平衡、农作物优质高产、农业环境日益改善的健康发展之路。

世界首创的农林生物质气化发电联产炭、热、肥技术。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 该技术为南京林业大学周建斌教授团队于2002年在世界首创的农林生物质气化发电联产炭、热、肥技术，采用自主专利的气化多联产装置将农林生物质在不需要外加能源，也不需要添加任何化学药品、添加剂、催化剂的条件下同时生产气、固、液三相产物并分别进行高值化利用。产出的生物质可燃气、生物质炭、生物质提取液，在工业、农业和民用设置方面均有广泛用途。 创新提出了林农生物质气化发电联产炭、肥、热的理念，攻克了其规模化生产的技术瓶颈，解决了传统生物质气化、生物质炭等行业长期存在的产品单一、废水废渣污染（世界性难题）等问题，取得了系列原创性成果，获国家科技进步二等奖、江苏省和浙江省科学技术一等奖、梁希林业科学技术一等奖等各1项。

针对谷物饮料中存在易老化、杀菌导致营养成分损失、UHT 杀菌结垢关键问23 题，进行技术攻关，成功开发出谷物浓浆、浑汁和清汁饮料等几大系列功能性杂 粮方便食品生产工艺并实施了产业化。 创新要点 （1）杂粮中功能因子的高效富集和加工稳定技术； （2）液态谷物食品的营养增强技术； （3）基于 UHT 灭菌和无菌包装技术的谷物浓浆产业化； （4）基于风味稳定和淀粉抗老化技术的液态谷物食品产业化； （5）基于花色苷的提取和澄清、稳定技术的谷物清汁产业化。

过去的十几年石墨烯研究和产业化进步飞速，然而石墨烯产业化仍然面临诸多挑战和问题。面向石墨烯产业化应用的制备技术不是对实验室制备过程的简单放大，规模化制备对制备技术的可重复性、安全性和成本等都提出了更高的要求。尽管从产能上看石墨烯的粉体和薄膜均实现了宏量化制备。然而，石墨烯产品的生长工艺、原材料、设备甚至生产批次的不同，得到的产品质量和性能参差不齐，且很难达到统一的标准。以史为鉴，参考另一类战略性碳材料——碳纤维的产业发展历程可知，材料的品质决定了其应用前途。最初研发的碳纤维只能用于钓鱼竿等，而今高端碳纤维材料在航天航空领域占据不可替代的位置，这正是碳纤维的规模化制备技术和材料品质的不断提升，推动了碳纤维在高端领域的广泛应用。石墨烯产业只有努力扎根于材料制备，解决高品质材料的规模化制备问题，才有美好的应用未来。

可以量产/n成果简介：马铃薯试管薯是利用试管苗的腋芽在组织培养条件下形成的微型薯块，它的生产需要严格的光照、温度和营养条件。不同的马铃薯品种，它们试管块茎的生产条件也不同，这是受遗传控制的。通过对试管块茎生长发育影响因素的研究，以谢从华教授为首的研究团队已研制出了一套高产、高效、低成本的试管薯周年生产产业化技术体系，每5平方米实验室一年可生产20万粒左右的试管薯，这一指标处于国内外同类研究的领先水平。该技术2005年获中国发明专利授权，2007年获湖北省技术发明一等奖，2008年开始产业化。应用前景

番茄红素是类胡萝卜素家族中的一种，具有很强的抗氧化性，被广泛应用于医药和食品行业。三孢布拉氏霉作为一种丝状好氧真菌，是目前番茄红素工业化生产的主要微生物。在三孢布拉氏霉的类胡萝卜素代谢过程中，carRA 编码的蛋白对菌体的番茄红素、γ-胡萝卜素及 β-胡萝卜素的含量起着至关重要的作用。 为了提高菌体的番茄红素含量，本研究获得了 carR 和 carRA 同源敲除菌株及 carA 过表达菌株。对正负菌混合发酵培养 6 天后的类胡萝卜素含量及所占比例的分析发现，carR 敲除株的番茄红素含量和占比分别增至野生型的 2.99 倍和 16.10 倍。表明，敲除 carR 或者过表达 carA 均可以提高三孢布拉氏霉的番茄红素含量。为了进一步提高三孢布拉氏霉的番茄红素含量，本项目对一系列化合物也进行了筛选，发现某化合物的番茄红素提高效果最佳，2 天后的番茄红素占比由 1.7%提高至 90.1%，番茄红素含量分别升高至 83.2 mg/gDW，为未处理对照的 315.8 倍。对 carR 和 carRA 敲除菌株及 carA 过表达菌株也进行同一化合物处理，发现 carA 过表达菌株的番茄红素含量和占比达到 103.6 mg/gDW 和 89%。 我们的技术优势：本项目使用的特殊菌株是我们自己构建的，具有完全的自主知识产权；本项目添加的小分子化合物无毒、用量少、效果好，我们具有完全的自主知识产权；应用三孢布拉氏霉生产番茄红素的传统技术成熟、稳定、投资小，本项目除菌株和添加的小分子化合物与之不同外，其他均完全相同。

合金化阻燃镁合金的产业化一、 项目简介镁合金是目前最轻的金属结构材料，其密度大约在1.75～1.85g/cm3之间，仅相当于铝的2/3，钢的1/4。同时镁合金还具有比强度和比刚度高、导热导电性好、阻尼减震、电磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等优点，在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。但是镁合金由于自身化学活性很强，而且氧化后不能形成致密的氧化膜。镁合金在高温熔炼和加工成形过程中容易氧化燃烧，从而限制了镁合金的发展前景。因而有必要寻找一种经济、实用、无污染的镁和金熔炼保护方法以防止镁合金生产过程中的氧化燃烧问题。目前较为成熟的镁合金阻燃方法有熔剂保护法和气体保护法。然而，对于熔剂保护法而言，在熔剂的使用过程中会产生大量有刺激性气味的气体（如HCl、Cl2），给环境造成危害；且容易产生熔剂夹杂，损害合金的机械性能和耐腐蚀性能。气体保护法通常是通入一定量的SF6和CO2的混合气体，使用过程中产生SO2、SF4等有毒气体，甚至会产生剧毒气体S2F10，造成环境污染，且SF6和CO2能长期滞留在大气中，产生巨大的温室效应。另外气体保护法还需要有复杂的混气装置和密封装置，而且从熔炼到浇铸也需要复杂的输送设备，因而加大了一定的成本。针对熔剂保护法和气体保护法带来的问题，20世纪50年代人们提出了合金化阻燃的想法，其主要原理在于向镁合金中添加适量的低氧位合金元素（即其与氧的亲和力大于镁与氧的亲和力），使其在熔炼、浇注过程中自动生成致密的复合氧化膜，从而阻止镁合金的进一步氧化燃烧。本课题正是基于此思想，希望通过向镁合金中添加某些合金元素，使得镁合金获得优良的阻燃性能，同时不降低其力学性能。然而合金熔体表面氧化膜结构的改变必然同时改变了熔体表面张力的大小，因而可以通过研究表面张力大小对氧化膜结构改变的影响，进而找到合金元素含量、阻燃性能和表面张力之间的定量关系，从而使本课题所得结果能够指导实际生产。合金化阻燃法将大大降低设备及工艺的复杂程度，同时也不会对环境造成严重污染，具有较强的实用价值及巨大的发展潜力。二、 项目技术成熟程度本课题组长期从事合金化阻燃镁合金材料及其相关加工工艺方面的研究，目前已经建了一系列镁合金相关的研究方法和性能检测方法。研究的基体不仅包括工业纯镁，也包括商业应用最为广泛的AZ91D，添加阻燃元素包括Ca和不同含量的Re元素。现已经取得以下研究成果：2.1 镁合金起燃温度测试系统的建立2.1.1 概述镁合金起燃温度的准确测试是研究阻燃镁合金过程中的关键一步，也是本课题的一个难点。传统的测试方法有观察法和温度记录仪法。观察法就是在敞开的炉中加热试样，当观察到试验燃烧时读取电炉温度控制器的温度并记录，作为试样的燃点温度。此方法简单易行，但是测试的结果受人为因素影响较大，误差较大。温度记录仪法就是利用热电偶作为温度传感器，使用温度记录仪记录温度时间曲线。镁及其合金燃烧时放出的热量会使温度升高的速率发生急剧变化，从而使温度-时间曲线发生拐点，此拐点处温度即为燃点温度。近年来随着计算机技术的飞速发展，出现了基于数据采集技术的燃点测试方法。这类方法也是利用了镁及其合金燃烧时释放的热量使炉内温度上升速率加快的现象。基于数据采集技术的燃点测试方法可把所采集的温度时间曲线保存起来待日后分析，燃点温度的确定可通过软件编程自动识别。本课题自行开发了基于数据采集技术的镁及镁合金燃点测试分析系统。镁合金起燃温度测试系统从功能上可分为硬件部分和软件部分，硬件部分主要完成温度的传感、信号的调理及数据采集；软件部分主要完成温度的实时显示、实验数据的存储、实验数据的回放分析等功能。2.1.2 硬件构成及功能本课题所建立的镁合金起燃温度测试系统的硬件组成主要由坩埚式电阻炉、TCW-32B型温度控制器、数据采集卡以及电脑组成，其组成结构见图1所示。该电阻炉与温度控制器具有节能、可编程控制以及加热速度可调等优点。温度传感器采用K型热电偶。由于温度采集的采样率不需要很高，因此数据采集卡采用了研华USB-4718型，该数据采集卡为8路热电偶输入，支持USB2.0，无需外部电源，与笔记本电脑可构成便携式测试系统；该卡还具有3000VDC隔离保护，支持4~20mA，能够对热电偶信号进行内部调理，无需外加调理电路，降低系统的成本及开发时间。其中一支热电偶接入温度控制器对电阻炉进行控温，然后再接入数据采集卡；另一支热电偶用来测试试验样品的温度，因而直接接入数据采集卡。数据采集卡将这两路温度信号通过USB接口传送到电脑进行记录并显示。坩埚式电阻炉的结构如图1所示，在电炉底部开有通风孔，盛放试样的物品应采用带孔的结构或者石棉网，以保证良好的供氧条件。1.坩埚式电阻炉；2.耐火砖垫；3.坩埚；4.试样；5．热电偶；6.温度控制器；7.数据采集卡；8.电脑图1 镁合金燃点测试装置示意图2.1.3 软件功能及关键技术镁合金起燃温度测试系统软件部分是利用LabVIEW8.5开发的，其界面见图2。该软件界面从功能上可大致分为三个区域：实验参数设置区、实验参数动态显示区和软件功能控制区。实验参数设置区可对实验采用的热电偶类型、数据采集卡的通道、实验名称、实验数据保存路径以及采样率等参数进行设置。实验参数动态显示区可实现对所采集的两路温度的直观动态显示以及温度—时间曲线的动态显示。软件功能控制区可完成对实验进度的控制，如数据采集的开始与结束、界面的刷新、温度曲线的回放显示以及系统的退出等功能。图2 镁合金起燃温度测试系统软件界面软件与硬件的通讯是通过调用研华提供的底层驱动函数实现的，一个通道的数据传输程序框图见图3。由于该数据采集卡不支持8路信号的并行通信，也就是说数据采集卡的8路输入信号的读取要按顺序循环读取，所以要想实现多路温度信号的传输，必须在软件上来完成。本文是通过调用顺序结构的方法来实现对两通道数据的顺序读取的。图3 数据传输程序框图为了能够对实验数据进行事后分析，软件要提供对所采集的数据的存储功能，存储的数据一定要和相应的实验名称结合起来，以防止实验数据混淆。本软件是通过对实验数据进行命名与计算机自动生成名称相结合的方法来避免数据的混淆。也就是说，对每个实验进行命名后，由于每个实验不一定只做一个实验数据，因此系统会自动生成一个以精确到秒的时间字符串做为实验名的后一部分，如“mg1.2ca-1熔体温度20100531204001.bin”。实验数据在存储时同时被存储为二进制格式和文本格式，路径及文件名生成以及数据存储的的程序框图如图4所示。图4 数据存储程序示意图由于软件在数据采集过程中显示区域显示的是动态过程，所以无法看到所采集的数据全貌，因此软件提供了对所采集的实验数据的回放显示功能，既可显示一条曲线，也可同时显示多条曲线进行对比分析，此功能是通过调用子VI（Virtual Instruments的简写，即虚拟仪器）的方式实现的。通过按下主界面的“单曲线显示”或“多曲线显示”即可调出一个新的显示窗口。多曲线显示的曲线条数可以输入。多曲线显示的界面及程序框图见图5。为了软件使用过程中的方便，提供了界面刷新功能，按下“界面刷新”后软件界面可恢复到默认状态。考虑到每次测燃点温度时实验名称或者数据存储的路径可能会相同，所以建立了“实验名称”和“存储路径”两个全局变量，同时建立了一个配置文档。每次软件更改实验名称或存储路径时，都要修改全局变量的值，软件退出时，要把最后的实验名称和存储路径存到配置文档中，当再一次打开运行软件时，要打开配置文档读取实验名称和存储路径的信息作为软件界面的默认值。 (a) 程序框图                 (b) 程序界面图5 多曲线显示为了使软件运行的更流畅、使用更方便，软件中还应用了很多容错技术。容错技术包括软件的自检和硬件自检两部分。软件自检包括检查输入的存储路径是否正确、实验名称是否为空等，以保证数据存储的可靠性。硬件自检主要是在点击“开始采集”按钮后，检测数据采集卡工作是否正常，如果数据采集卡异常，软件会报警并返回到初始状态，避免了由于数据采集卡异常导致的死机。2.1.4 系统测试及起燃温度的确定将电阻炉加热至500℃左右，再将块状镁合金放入带孔的坩埚，然后将其置入电阻炉中，并使测量镁合金温度的热电偶与块状镁合金接触，使电路按固定加热速率进行加热，并开始数据采集。数据采集过程的界面见图2，经测试，软硬件各项功能正常。所采集的温度-时间曲线如图6所示。镁合金在开始燃烧瞬间，放出大量的热量使温度急剧上升，会在温度-时间曲线上出现一个拐点。本课题中，将温度-时间上的第一个拐点所对应的温度值定义为燃点。图6 典型温度-时间采集曲线2.1.5 小结（1）本章建立了镁合金起燃温度测试硬件系统，该系统由坩埚式电阻炉、温度控制器、热电偶、研华USB-4718型数据采集卡及电脑组成，所建立的硬件系统成本低、结构简单、测试系统便携。（2）本章开发了镁合金起燃温度测试软件系统，该软件采用LabVIEW8.5开发，具有数据采集、数据动态显示、实验数据存储、数据回放分析等功能。软件界面友好，操作简单，容错性强。（3）本章对所建立的镁合金起燃温度测试系统软硬件进行了测试，测试结果表明，所建立的测试系统各项功能正常，能够很好的完成对镁合金起燃温度的测试，并给出了确定起燃温度的方法。2.2 镁合金熔体表面张力装置的建立2.2.1 概述我们通常将物体表面单位长度上作用的力称作表面张力，单位为N/m，而且通常我们所说的表面张力指的是液相与气相接触面上的表面张力。在液态金属或者合金与气体组成的体系中，与气体接触的液体表面层原子处于不平衡力场中，即与表面层原子接触的液体中的原子与表面层原子距离较小，且数目量多，因此作用力较大；而与表面层原子接触的气体中的原子与表面层原子距离较大，且数量少，因此作用力较小。这样就产生了方向垂直于液体表面，指向液体内部的力，如图7所示。该力使液体表面有如一弹性膜所包围，倾向减少其表面，因此产生了表面张力。表面张力的大小不但与液体本身的性质有关，而且与它相接触的相的性质有关。图7 熔体表面原子模型表面张力是液态合金重要的物性参数，它不仅是研究界面反应动力学的基础，而且在金属凝固过程和铸造合金参数的预测中起着重要作用，因此，研究液态合金熔体表面张力具有重要理论价值和实际意义。在阻燃镁合金的研究领域，特别是在阻燃镁合金的熔炼与制备过程中，合金液在高温下的急剧扩散与在凝固过程中晶粒的形成，尤其是晶体在长大时，稀土元素会富集在相界上，在液态下有表面聚集的趋势,元素的扩散必然会对熔体的表面张力和氧化膜结构产生影响，因而我们可以通过研究稀土阻燃镁合金熔体特性特别是在不同状态下熔体表面张力的变化对氧化膜结构改变的影响规律，进而找到表面张力与阻燃性能之间的对应关系。2.2.2 表面张力的测量方法表面张力的测量方法有很多，总体上可分为动态法和静态法两类。动态法是以测量决定某一过程特征的数值来计算表面张力，主要有毛细管波法和振荡射流法。通常在溶液表面张力随时间变化变化较快时需要用动态法测量，如用振荡射流法测定的时间变化可以小到1ms左右。在现阶段，动态法测量表面张力还不完善，测量误差较大，因而，实际应用很少。主要的方法有毛细管上升法、悬滴法、滴重法、最大气泡法、拉筒法、液滴外形法和电磁悬浮法等。常温或低于200℃下的液体表面张力测量方法较多。但是，多于液态金属、炉渣、熔盐等高温熔体，增加了测量的难度和复杂程度，应用于高温熔体表面张力的测量方法主要有最大气泡法、电磁悬浮法、拉筒法和静滴法。考虑到试验的测量精度和设备的复杂程度，本课题采用最大气泡法测量镁合金熔体表面张力。最大气泡法Simon于1851年提出，后由Canter、Jaeger分别从理论和实用角度加以发展。实验步骤是，将一毛细管插入待测液体内部，再向管中缓慢通入惰性气体，随着吹入气体压力的增大，气泡逐渐长大，当气泡恰好是半球时，气泡内的压力达到最大值，此时通过测量气泡压力，计算得到液体的表面张力值。2.2.3 表面张力的测量装置本课题采用“最大气泡压力法”测定镁合金熔体表面张力，实验装置如图8所示：图2.4 最大气泡压力法测试表面张力装置简图Fig. 2.6 BMP Surface tension testing schematic图8 最大气泡法测量熔体表面张力装置1.氩气瓶2.压力表 3.大量程浮子流量计 4.稳压计 5.针型阀 6.微调针型阀 7.干燥瓶 8.小量程浮子流量计 9.U形压力计 10.温度控制仪 11.毛细石英管 12.热电偶 13.石墨坩埚 14.镁合金熔 15.坩埚电阻炉16.升降机构 17.大量程百分表 氩气经过减压计，稳压计，通入装有氯化钙的干燥瓶中进行干燥，再由三通器分成两路，一路连接到U形压力计（U形管所盛液体为水），另一路经细的石英管通入镁合金熔体。由小到大缓慢调节氩气气压，并通过针型阀控制气体流量大小（将气体流量控制在18-20毫升/分以内），观察U形管内两边液注高度差H。试验采用的毛细石英管内半径r=2.86mm，符合精度要求。毛细管端口经过抛光、清洗处理，以排除杂质和端口缺陷对测量结果的影响。实验中，通过升降机构可控制毛细管的上升和下降，当毛细管插入合金液后，随着氩气的缓缓通入，管内液体被排出管外，会在管口处形成气泡并不断长大（图9）。气泡在成长过程中，其内部压力P与液体静压力及液体表面张力的合力保持动态平衡，直至这种平衡被破坏，气泡会脱离管口而浮出液面。此过程，H值也将呈现出由小到大的变化趋势，设气泡内的压力为P，则：P+PM=PH              （1）其中，PM为镁合金熔体在深度为h处形成的压强，PH为U形管内两边液注差所形成的压强。图9 气泡形成过程根据表面张力的物理意义，在液体中若有一半径为r的球形气泡，液体表面张力的作用造成了指向气泡内部的压力P（图10）。              图10球形气泡气泡的表面积为：S =4πr2球形气泡的体积为：V =4πr3/3若将球的体积增大dV，则必须克服阻力P对它做功：ΔW =PdV，而这一所做的功将转变为表面积增大后的表面自由能增量：ΔE =σdS（σ为表面张力）。由于ΔW =ΔE，即PdV =σdS而dV =4πr2dr，dS =8πrdr，因而可推导出：P =2σ/r               （2）PM为镁合金熔体在深度为h处形成的压强，即PM =ρMgh，ρM为镁合金熔体的密度，为便于计算我们以Mg-Al合金的液态密度代替；PH为U形管内两边液注差所形成的压强，即PH =ρwgH,ρw为水的密度。所以，由式（1）、（2）可以得到，当H达到最大值Hmax时，          2σ/r +ρMgh =ρwgH          （3）所以，表面张力σ为：σ=(ρwgHmax-ρMgh)•r/2          （4）用最大气泡法测量镁合金熔体表面张力的具体步骤为：1．采用电阻炉、坩埚在一定温度下对合金进行熔炼，待完全熔炼后搅拌一段时间，除去表面杂质，再保温10分钟；2．通过调整升降机构，使毛细管下降到恰好接触合金熔体表面，此时调整百分表托架，使百分表的芯端部与升降机构水平臂平面接触，将刻度盘对零，下降升降机构，使毛细管插入合金液表面之下，记录毛细管下降的精确深度h；3．固定好这一高度打开炉盖与氩气瓶压阀，并通过针型阀控制气体流量大小（将气体流量控制在18-20毫升/分以内），此时U形管两侧开始出现压差，当熔体内部能够稳定、缓慢的产生气泡时，观察U形两侧压差值将由小到大变化，到达一最大值后（即气泡成为半球形，此时半径最小等于石英管内半径r时），U形管两端压差突然减小（因为气泡破裂），记录下U形管左右两端的最大液面差值H；4．带入公式中进行计算便可得到熔体的表面张力。2.2.4 小结（1）本章建立了镁合金熔体表面张力测量装置，该装置主要由氩气瓶、压力表 、浮子流量计 、稳压计、针型阀 、干燥瓶、U形压力计 、毛细石英管 、升降机构和百分表组成。（2）本课题对所建立的镁合金熔体表面张力测量装置进行了测试，测试结果表明，所建立的测量装置各项功能正常，能够很好的完成对镁合金熔体表面张力的测量，并给出了熔体表面张力的测量方法。三、 技术指标通过本次研究必须到达以下要求：①研制成一种或多种阻燃镁合金可以在大气下不加任何保护措施条件下，熔炼而不发生燃烧现象；②研制成的阻燃镁合金成分通过压铸、热处理工艺过后所制成的成品，其结构的力学性能必须达到相应的要求；③通过本次研究结果，发表1项发明专利和1项实用新型专利。四、 市场前景镁及镁合金既可以铸造成各种铸件或压铸件，也可以采用各种塑形加工方法加工成不同品种、规格、性能和用途的管、棒、型、线、带、箔材以及锻件等，然后经切削加工、冷冲压、接合成形和表面处理等深加工成各种零件和结构件。与其他结构材料相比，镁及其合金具有一系列的优点，如密度低、比强度和比刚度高、阻尼减振降噪能力强、电磁屏蔽性能优异、抗辐射、液态成型性能优越、切削加工和热成型性能好、易于回收等，符合“21世纪绿色结构材料”的要求，越来越受到人们的青眯。今年来，镁材在汽车、摩托车等交通工具、计算机、通信、家电、电子电器、冶金、航空航天、国防军工等 部门获得了广泛的应用。随着镁合金提炼及加工技术的发展，以及成本的下降，镁材已成为工业应用的重要金属材料，在全球范围内得到快速发展。1. 镁合金材料在汽车工业上的开发与应用自1970年中东石油危机以来，为减轻汽车质量，以降低油耗和污染，提高安全性能，镁合金材料在汽车工业中的应用与日俱增。目前，汽车工业中镁合金用量较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国。综合部分厂家的使用情况，目前镁合金材料主要用来制造以下汽车零部件：①车内构件：仪表盘、座椅架、座位升降器、操纵台架、气囊外罩、转向柱支架、收音机外壳、小工具箱门、车窗马达罩、刹车与离合器踏板托架、气动托架踏板等；②车体构件：门框、尾板、车顶框、车顶板、IP横梁；③发动机及传动系统：阀盖、凸轮盖、四轮驱动变速箱体、手动换挡变速器、离合器外壳活塞、进气管、机油盘、交流电机支架、变速器壳体、齿轮箱壳体、油过滤器接头、马达罩、气缸头罩、分配盘支架、油泵壳、油箱、滤油器支架、左侧半曲轴箱、空机罩、左抽气管等。④底盘：轮毂、引擎托架、前后吊杆、尾盘支架。美国福特、通用、克莱斯勒三家公司在每辆汽车上使用的镁合金铸件分别达到30个、45个和20个；瑞典推出的沃尔沃CP20C0车型全重700kg，使用50kg镁合金，包括轮毂、合器箱、转向齿箱、后悬臂、发动机架、进气歧管、气缸体等部件；本田轿车一部分零件采用镁合金材料后，重量大大减轻。最近，Magers分析了汽车市场的镁合金需求趋势，预测镁合金材料在汽车工业的应用将会不断增加。2. 镁材在轨道交通工具上的应用前景在列车和其他轨道交通工具上使用镁材，目的是减轻重量，减小噪音和震动，规整零部件和防止塑料老化，提高使用寿命等。主要应用实例：仪表盘支撑梁、发动机阀盖、密封结构件、高速器、滤器器、发动机承受台、消音器等。3. 镁材在自行车上的开发与应用自行车是人力驱动工具，因而质量的减轻带来的效果非常显著，具有更好的加速性能、爬坡性能、转弯性能，并且容易操纵，因而在国外自行车行业流传着“产品轻1g多卖1美元”的说法。与铝质自行车相比，用镁材制造自行车可减重33%；用镁材制造的折叠自行车车架重量仅1.4kg，总重量仅为4kg。目前自行车使用镁合金部件包括轮毂、车把夹、脚踏板、制动器、手把、前叉、框架等近十几个部件。4. 镁材在航空航天上的开发与应用航空航天材料减重带来的经济效益和性能改善十分显著。在质量减轻相同的情况下，商用飞机节省的燃油费是汽车的近100倍，而战斗机的燃油费用节省又是商用飞机的近10倍，更重要的是其机动性能的改善可以极大地提高战斗力和生存能力。正因为如此，早在20世纪20年代就开发出了许多镁合金部件，如发动机曲柄箱、发动机零件、气球吊篮、客机座椅、起落轮。随着镁合金生产技术的发展，材料的性能不断提高，其应用范围也不断扩大。目前的应用领域包括各种民用和军用飞机的发动机零部件、螺旋桨、齿轮箱、支架结构，以及火箭、导弹、卫星的一些零部件。5. 现代兵器零部件的镁合金化及发展趋势枪械武器、装甲车辆、导弹、火炮、弹药、光电仪器、武器用计算机及军用器材中有较大数量的铝合金零件和工程塑料件，根据镁合金材料的性能和使用特点，将这些零件改用镁合金制造在技术上是可行的。采用镁合金材料代替武器装备的中、低强度铝合金零件和部分黑色金属零件，实现武器装备轻量化：枪械武器：机匣、弹匣、枪托体、提把、前护手、弹托板、瞄具座等；装甲车辆：坦克座椅骨架、机长镜、变速箱壳体、发动机滤座、进出水管、空气分配器座、机油泵壳体、水泵壳体、机油热交换器、机油滤清器壳体、气门室罩、呼吸器等；光电产品：镜头壳体、红外成像仪壳体、底座。6. 镁合金材料在电子工业（家用电器和3C产品）上的开发与应用近10年来，电子工业发达的国家，特别是日本和欧美一些国家，在镁合金产品的开发方面开展了大量工作并取得了重要进展，一大批重要电子产品使用了镁合金，取得了理想的效果。3C工业（计算机、通讯设备、消费类电子产品）是当今全球发展速度最快的产业，数字化技术导致各种数字化产品不断涌现。镁合金3C产品最早出现于日本，1998年日本厂商开始采用镁合金制造各种可携式商品（如PDA、手机等），如今最为普遍的镁合金3C产品是笔记本电脑，是由日本SONY公司率先推出的。在3C产品朝着轻、薄、短、小方向发展趋势的推动下，今年来镁合金的应用得到了持续增长。我国虽然是世界产镁大国，但与日、美、欧相比，在镁合金材料研究、生产技术及应用领域等方面还有相当大的差距，仍处于起步阶段。五、 规模与投资需求投资规模 万元，厂房及设备设施需求等。六、 生产设备根据研发和生产需求，镁合金在加工和性能检测方面需要用到以下装置：真空式高频感应熔炼炉；铸件的金属型模具；坩埚为石墨型坩埚；大型真空热处理炉；一整套机加工设备：加工中心、数控车床、手动工具；试样拉伸试验在Zwick/Roell Z100拉伸试验机上完成；硬度测试采用XC-ST50显微硬度测试仪，金相组织观察在VMS-2000金相图像分析系统上完成；氧化膜形貌观测等在日立S-4800扫描电镜上进行；大气条件下的氧化动力学实验在SDT-Q600差热分析仪上进行。七、 效益分析按每年生产X吨计算，可获利约XXXX万，八、 合作方式合作方式采用技术入股或者技术转让的形式，价格面谈。九、 项目具体联系人及联系方式项目负责人：丁俭，电话：15122335148，email：djian@126.com。十、 附件：成果图片    图11 镁合金零件产品