一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 学号 孙文萱 环境工程 2021年 202131043118 张慧敏 国际经济与贸易 2020年 202031100409 张靖宜 国际经济与贸易 2020年 202031100430 马亮 经济学 2020年 202031100251 王冰冰 环境工程 2021年 202131043201 刘思怡 化学工程与工艺 2021年 202131042204 王芊蕙 应用化学 2021年 202131041304 林静媛 广播电视编导 2021年 202131153132 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 张连红 化学化工学院 教授 绿色化工与废弃物资源化 徐余跃 经济管理学院 讲师，团委办公室 四、项目简介 灰常好为一款新型纯无机涂料，本产品采用无机纳米改性硅溶胶技术、独立成膜技术，并将改性粉煤灰作为功能填料加入其中，不仅在防火阻燃、耐擦洗易清洗、抗菌防霉、抗碱抗水特性、抗缩涨剥离、保色性等方面性能优越，同时不含有有机大分子组分，不会释放voc等有毒物质，真正做到了绿色健康环保。

海洋生物污损，是指藤壶、贻贝、藻类等海洋生物在船舶、海底电缆、海上平台等浸没表面的附着生长现象。看似微小的生物群落，实则危害巨大：它们会增加船舶航行阻力，导致燃油消耗激增（据统计，全球船舶因污损每年多消耗约7000万吨燃油）；会堵塞海底光缆、油气管道，影响通信与能源传输的稳定性；更会干扰海洋探测设备的精度，甚至导致勘探数据失真。传统应对方式依赖定期人工清理或使用含锡、铜等重金属的防污涂料，但前者成本高昂（大型船舶每年维护费用超百万元），后者则面临环保法规收紧（国际海事组织IM0已逐步限制有毒防污剂使用）的严峻挑战。 技术突围：中科院纳米所"纳米增韧耐磨海洋污涂料"的颠覆性创新 面对这一全球性难题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所给出了"中国方案"——其研发的"纳米增韧耐磨海洋污涂料"，以纳米技术为核心，突破了传统防污涂料的性能瓶颈，为海洋装备防护提供了长效、环保、经济的解决方案。 传统防污涂料常面临"防污期短"与"易脱落"的两难：为增强附着力，需提高漆膜硬度，但硬度过大会导致柔韧性不足，在复杂工况（如卷绕、弯曲）下易开裂；若降低硬度提升柔韧性，又易被水流冲刷脱落，防污效果难以持久。 中科院团队创新性地引入纳米复合增韧技术，通过构建"纳米颗粒-有机基质"互穿网络结构，大幅提升了漆膜的力学性能：一方面，纳米颗粒（如二氧化硅、碳纳米管等）均匀分散在树脂基体中，形成"应力分散点"，有效抑制漆膜在弯曲、拉伸时的裂纹扩展，使漆膜耐弯折性提升3倍以上；另一方面，纳米级的交联结构增强了分子间作用力，漆膜硬度可达2H以上（传统防污涂料多为HB-H），高压强下（如深海高压环境）仍保持完整。这一突破彻底解决了"防污"与"耐用"的矛盾，让涂料在长期浸泡、机械形变等复杂条件下仍能稳定发挥防污功能。 成果发布于：2025 年 7 月

采用注射成形工艺实现复杂形状增压涡轮的近终成形，并满足高性能和低成本的要求。根据注射成形涡轮对零件壁厚的要求，选择 ø52mm 涡轮作为研制对象，并完成了中空蜗轮的结构设计及可靠性校验，中空孔径确定为 ø5mm，孔深 25mm，如图 1 所示。对比分析实芯涡轮和中空涡轮的离心应力分布可知，采用中空结构的涡轮，其应力分布较原始涡轮应力分布一致，但涡轮离心应力有所增大，中空结构涡轮的最大离心应力为 626MPa，较原始涡轮增加了 20.4%。涡轮采用中空设计后，自振频率变化很小，频率平均变小 0.167%，可近似认为没有变化。中空结构增压涡轮不仅达到了减轻重量的目的，而且大幅度减小了烧结变形。设计了侧向抽芯模具结构（如图 2 所示），实现了复杂形状增压涡轮的近终成形。采用数值模拟方法对注射成形充模过程进行了模拟，得出了喂料的充模过程（如图 3 所示），并阐明了涡轮在注射成形过程中产生的缺陷与机理。优化了注射成形工艺参数，得出最佳的注射成形工艺参数为：注射温度为 160℃，注射压力为 60MPa，模温为 80℃，最终制备出了无缺陷的注射成形坯。以平均粒度 15μm 的惰性气体雾化的 K418 镍基高温合金为原料，选用 67%装载量，将粉末与粘结剂（60%石蜡+15%高密度聚乙烯+15%聚丙烯+10%硬脂酸）于 140℃在 开放式混炼机中混炼 30min，制备出适合镍基高温合金粉末注射成形的高效粘结剂，制备出了流变性能良好的注射喂料。分析了脱脂方法、脱脂制度和脱脂温度对致密度和最终高温合金性能的影响，掌握了碳、氧含量的精确控制技术。通过烧结+热等静压工艺获得高致密度的粉末高温合金，具有晶粒细小、显微组织均匀、综合力学性能优异等优点。MIM418 合金 1230℃真空烧结相对密度为 97%，热等静压后的样品接近全致密。

粉末产品作为食品、药品、检验试剂的一种重要载体，其定量封装的准确 度和包装效率直接关系到企业产品生产效率及经济效益。传统的手工封装方式 不仅严重影响粉末产品的生产效率，而且在生产过程中不可避免地产生浪费现 象以及大量的人工费用，使企业利润严重缩水。我国现有的粉末产品定量填充 技术存在着技术水平低、产品可靠性差、精度不高等缺点。 本项目开发的粉末试剂产品高精度定量封装机，采用高精度的称重技术以 及伺服控制系统等技术，有效地解决了针对粉状物料的填充精度高、速度快、 稳定性好和灵活性高等技术难题，基本满足食品药品加工等领域企业对产品高 精度的要求，同时能有效地降低工人的劳动强度和劳动成本。

采用注射成形工艺实现复杂形状增压涡轮的近终成形，并满足高性能和低成本的要求。根据注射成形涡轮对零件壁厚的要求，选择 ø52mm 涡轮作为研制对象，并完成了中空蜗轮的结构设计及可靠性校验，中空孔径确定为 ø5mm，孔深 25mm，如图 1 所示。对比分析实芯涡轮和中空涡轮的离心应力分布可知，采用中空结构的涡轮，其应力分布较原始涡轮应力分布一致，但涡轮离心应力有所增大，中空结构涡轮的最大离心应力为 626MPa，较原始涡轮增加了 20.4%。涡轮采用中空设计后，自振频率变化很小，频率平均变小 0.167%，可近似认为没有变化。中空结构增压涡轮不仅达到了减轻重量的目的，而且大幅度减小了烧结变形。设计了侧向抽芯模具结构（如图 2 所示），实现了复杂形状增压涡轮的近终成形。采用数值模拟方法对注射成形充模过程进行了模拟，得出了喂料的充模过程（如图 3 所示），并阐明了涡轮在注射成形过程中产生的缺陷与机理。优化了注射成形工艺参数，得出最佳的注射成形工艺参数为：注射温度为 160℃，注射压力为 60MPa，模温为 80℃，最终制备出了无缺陷的注射成形坯。以平均粒度 15μm 的惰性气体雾化的 K418 镍基高温合金为原料，选用 67%装载量，将粉末与粘结剂（60%石蜡+15%高密度聚乙烯+15%聚丙烯+10%硬脂酸）于 140℃在开放式混炼机中混炼 30min，制备出适合镍基高温合金粉末注射成形的高效粘结剂，制备出了流变性能良好的注射喂料。分析了脱脂方法、脱脂制度和脱脂温度对致密度和最终高温合金性能的影响，掌握了碳、氧含量的精确控制技术。通过烧结+热等静压工艺获得高致密度的粉末高温合金，具有晶粒细小、显微组织均匀、综合力学性能优异等优点。MIM418 合金 1230℃真空烧结相对密度为 97%，热等静压后的样品接近全致密。图 1 实芯涡轮和中空结构涡轮图 2 侧向抽芯模具结构图 3 涡轮注射填充过程模拟经过 1200℃固溶/空冷、750℃时效，MIM418 抗拉强度达到 1425MPa，屈服强度为1004MPa，延伸率达到19.4%，与铸造合金性能相比分别提高了70%，30%，120%。图 4 为烧结态的注射成形涡轮。涡轮表面光洁，尺寸精度高，如图 4 所示。图 4 注射成形涡轮制备出满足涡轮使用性能测试要求的涡轮，涡轮尺寸与内部质量良好，达到装机测试要求。涡轮样品在无锡威孚英特迈涡轮增压器公司进行了台架实验，图5 所示为涡轮样品焊接及部分工装的照片。钢轴焊接后接头抗拉破断力达到 18吨，远高于铸造涡轮与钢轴的焊接强度。转速相同时，粉末注射成形涡轮部件测频一致性和气动性能涡端一致性均优于铸造性能，超速飞裂试验停止在 225000转/分与 225000 转/分，增压器拆检的结果可知，超速飞裂试验涡轮表现良好，两套增压器的失效皆由涡轮轴断裂造成。粉末注射成形涡轮样件测频一致性优于铸造涡轮，粉末注射成形涡轮与钢轴联结强度也明显高于铸造涡轮。粉末注射成形MIM418 涡轮在超速飞裂试验中表现不俗，在钢轴断裂 21.5/22.5 万转的状态下，涡轮仍保持完好。粉末注射成形涡轮的涡端试验表明，涡轮部件涡端性能一致性较好，3 组样品涡端的效率曲线基本重合，均在±0.5%的偏差内。

产品详细介绍根据ASTM B311、B328，MPIF Standard 42、57，JIS Z2505、Z2506，GB÷T5163等海内规范，采用阿基米得原理浮力法原理，直读所测粉末冶金生胚件、烧结件和含油轴承的密度、有效孔隙率、体积和含油率。 　　QL－120P 粉末冶金生胚密度计，高精准度粉末冶金密度计，台湾玛芝哈克（matsuhaku） 粉末冶金生胚密度计厂家推荐，专业测试各种粉末冶金生胚件、烧结制品和含油轴承的密度、孔隙率、吸水率和含油率。 粉末冶金结构件体积密度测试仪 QL－120P的规格参数：1、型号：QL－120P（另有QL－300P、QL－600P两种型号的机型可选）2、称重范围：0。001g～120g（另有称重范围为0。01g～300g、0。01g～600g可选）3、密度解析精度：0。0001 g÷cm34、测量时间：约10秒5、测试种类：粉末冶金生胚件、烧结件和含油轴承，及各种固体、颗粒体、薄膜、浮体QL－120P 高精准度粉末冶金密度计，密度测试精度为万分之一（0。0001g÷cm3），秉承测量值高精准度、操作方便、设计简单吝啬、故障率低、经久耐用；等理念，专门为粉末冶金行业设计！ 　　 QL－300Q轴承含油率检测仪、轴承含油率测试仪采用阿基米德原理浮力法。只有三个步骤，自动显示含油率，改变传统人工计算的方式，勤俭时间、更快速、更方便。可直接测量含油轴承的含油率，测量精度高达0。001，非常相宜转动部件的铜基、铁基、铁铜基等含油轴承含油率、孔隙率等方面的检测。测量快速、专业、精准、方便！ 含油轴承含油率测试仪QL－300Q的技术参数：1：测量范围：0。01g～300g2：油率解析：0。1％3：度精度：0。001 g÷cm34：试时间：约5秒5：试种类：粉末冶金含油轴承，粉末冶金生胚、毛坯件、烧结成品等6：粉末冶金含油轴承、压铸件、铜套，可直接读取其含油率；7：对粉末冶金烧结成品等，可直接读取产品的视密度和体积；8：针对粉末冶金生胚、毛坯件等，可应用煮沸法、真空抽取饱和法，准确快速读取产品的体密度、湿密度、比重、有效孔隙率和体积； QL－300Q轴承含油率检测仪免掀盖精致一体成型铝合金测量平台，透明水槽。精度更高、操作更简便、更快速、更人性化，更符合新材料实验室作业规范。可显示混淆物主要材质含量百分比，相宜新材料研究与开发。能自动判定待测样品合格与否，具有报警提示功能。可应用于：铜基、铁基、铁铜基含油轴承；铜基、铁基、铁铜基结构轴套；不锈钢合金基轴承、打印机齿轮、压缩机齿轮、缝纫机零件、抽风机、电扇之轴承相关零组件；等材料的含油率密度，比重检测。 

该项目属于粉末冶金学科。高性能特种材料具有其他材料不具备的特殊性能，在高技术领域中具有不可取代的关键作用。然而，这类材料往往硬度高、脆性大，难以采用传统技术加工制备，成为许多国防和民用高技术装备发展的瓶颈。为此，项目基于粉体流变成形原理，研发了难加工材料的近终形制造新技术，广泛应用于国防和民用高技术领域。

1、聚醚醚酮特种纤维制备技术 聚醚醚酮纤维具有高强度、高韧性、耐高温、耐化学腐蚀、阻燃和耐辐照等综合性能，被誉为综合性能最优异的热塑性芳香族聚合物纤维。项目团队于2006年开始自主研发，成功实现PEEK特种纤维的生产及应用，使我国成为世界上第二个采用自主知识产权生产PEEK纤维的国家，整体技术达到国际先进水平。 成果成熟度：可产业化。 应用领域及市场前景 本项目目前已实现产业化，产品可应用于航空航天、武器装备和民用高技术领域，主要应用制品为过滤网、过滤布、电束线管和混编复合材料等。PEEK纤维断裂强度较国外产品提高60%以上，可在-60～240℃长期使用，纤维的价格仅为国外产品的1/2 左右。 2、聚醚醚酮碳纤维上浆剂制备关键技术 利用可溶性聚芳醚酮前驱体对纤维进行上浆处理，再经水解处理，使可溶性聚芳醚酮上浆剂还原成为结晶性，实现结晶性聚芳醚酮对纤维的上浆处理。 经其上浆的碳纤维增强聚芳醚酮复合材料的界面剪切强度（IFSS）达到了83.1 MPa，相比原来的碳纤维增强聚芳醚酮复合材料提高91.5%，界面作用效果非常显著，复合材料在湿热环境中依旧保持有很高的界面性能。 成果成熟度：可产业化。 应用领域及市场前景：专业针对聚芳醚酮基复合材料（目前最火的热塑性碳纤维复合材料）碳纤维上浆剂，前景潜力巨大。

项目成果/简介:1、聚醚醚酮特种纤维制备技术聚醚醚酮纤维具有高强度、高韧性、耐高温、耐化学腐蚀、阻燃和耐辐照等综合性能，被誉为综合性能最优异的热塑性芳香族聚合物纤维。项目团队于2006年开始自主研发，成功实现PEEK特种纤维的生产及应用，使我国成为世界上第二个采用自主知识产权生产PEEK纤维的国家，整体技术达到国际先进水平。成果成熟度：可产业化。应用领域及市场前景本项目目前已实现产业化，产品可应用于航空航天、武器装备和民用高技术领域，主要应用制品为过滤网、过滤布、电束线管和混编复合材料等。PEEK纤维断裂强度较国外产品提高60%以上，可在-60～240℃长期使用，纤维的价格仅为国外产品的1/2 左右。2、聚醚醚酮碳纤维上浆剂制备关键技术利用可溶性聚芳醚酮前驱体对纤维进行上浆处理，再经水解处理，使可溶性聚芳醚酮上浆剂还原成为结晶性，实现结晶性聚芳醚酮对纤维的上浆处理。 经其上浆的碳纤维增强聚芳醚酮复合材料的界面剪切强度（IFSS）达到了83.1 MPa，相比原来的碳纤维增强聚芳醚酮复合材料提高91.5%，界面作用效果非常显著，复合材料在湿热环境中依旧保持有很高的界面性能。成果成熟度：可产业化。应用领域及市场前景：专业针对聚芳醚酮基复合材料（目前最火的热塑性碳纤维复合材料）碳纤维上浆剂，前景潜力巨大。技术先进程度:达到国际先进水平

该项目属于粉末冶金学科。高性能特种材料具有其他材料不具备的特殊性能，在高技术领域中具有不可取代的关键作用。然而，这类材料往往硬度高、脆性大，难以采用传统技术加工制备，成为许多国防和民用高技术装备发展的瓶颈。为此，项目基于粉体流变成形原理，研发了难加工材料的近终形制造新技术，广泛应用于国防和民用高技术领域。主要发明点如下：1. 发明了高性能特种材料的粉末注射成形新工艺，实现了金属钨、氮化铝、含氮不锈钢等难加工材料制品的近终形制造；发明了专用注射成形机、侧抽芯新结构模具等关键工艺装备；创立了基于机器视觉的粉末注射成形产品尺寸和外观质量在线自动检测、工业机器人动态抓取和分拣软硬件系统，首次实现了全自动化生产和高质量稳定性控制，生产效率提高 6 倍以上。2. 首创了适合注射成形的近球形微细特种粉体制备和改性新技术。提出基于酸根离子的化学推进剂理论，创立了可控溶液燃烧合成难熔金属和氮化物反应体系和工艺，制备出粒径小于 50nm 的高分散近球形氮化铝和钨基粉体。创立了“气流分级分散-等离子球化”粉体改性技术，制备出满足精密多孔阴极需要的细粒径窄分布（5±2μm）球形钨粉。3. 发明了适合不同材料的粘结剂体系及成形和高效脱脂工艺。提出基于聚合物功能基团的多组元粘结剂设计原理，创立了两相流协调运动模型，阐明了两相分离和缺陷产生的不确定性机制，发明了残碳型、低残留型和高粘性粘结剂体系，有效解决了坯体两相分离、变形、增氧、缺陷等控制难题，产品尺寸精度达到±0.2%。4. 发明了多孔脱脂坯强化烧结致密化和组织性能精确调控技术。提出金属钨的低温无压活化烧结致密化理论和钝化处理孔隙结构精确调控技术，突破了高致密度钨的细晶化和多孔钨的孔隙均匀化技术瓶颈，烧结金属钨电极的晶粒尺寸仅 570nm，抗电子轰击性能提高 2 个数量级，多孔钨的活性物质填充量提高 20%；综合利用液相烧结和残碳“脱氧”原理，解决了氮化铝高致密化、晶界相控制和晶格净化等难题，热导率高达 248W·m-1·K-1。项目授权中国发明专利 60 项、实用新型专利 65 项，申请 PCT 专利 2 项，软件著作权 6 项，合作出版著作 5 部，发表 SCI 论文 104 篇。项目引领了粉末注射成形行业发展，建成了世界规模最大的粉末注射成形生产线。科技成果评价专家组认为：“创新性强，属于重要的军民两用技术”；“为我国国防先进武器和民用工业领域研制和生产了多种关键零件”；“应用成效明显，整体技术达到国际领先水平”。获教育部技术发明一等奖 2 项、中国有色金属工业技术发明一等奖 1项。成果推广应用于 20 余家企业，建成生产线 47 条。近三年，新增销售 54.09亿元，新增利润 7.05 亿元，多种产品解决了国防装备建设和研发的“卡脖子”问题，社会经济效益显著。