铁粉作为工业的主要原材料，广泛地应用在机械、冶金、化工、航空航天材料领域。铁基金属粉末作为粉末冶金工业的基础原材料，它的产量、品质决定着粉末冶金工业的发展。但铁粉也存在着一些缺点，如易腐蚀，耐氧化稳定性差，表面容易形成氧化层。用镍磷包覆铁粉可以取代镍、铁的混合粉末，降低生产成本，改善混合粉末的流动性、均质性（没有组成偏析）、抗氧化性、耐腐蚀性和耐磨性。本项目的目的是提供一种简单、易操作、成本较低的制备镍磷包覆铁粉的化学镀方法，制得的铁粉表面镍磷镀层均匀。该项目具有操作方便，包覆均匀，成本低廉等优势，发明的这种工艺同样可以应用于其他金属粉末，如银粉、铜粉。铁粉表面化学镀镍磷合金后，耐蚀、抗氧化性能大大提高。

项目的简单概述 本项目根据反应热喷涂的原理，研究开发了反应热喷涂粉末的前驱体碳化-复合技术，在此基础上成功开发了TiC/金属系列陶瓷-金属复合涂层反应热喷涂粉末。该产品技术具有如下特点：(1)所制备的粉末具有包覆结构，结合强度高，流动性好，可以保证喷涂过程中反应组元充分反应、获得优质的TiC/金属反应热喷涂复合涂层；(2)涂层中TiC颗粒细小（普通火焰喷涂≤300nm；等离子喷涂≤500nm），涂层与基体结合强度高；(3)对喷涂条件要求低，既可用于普通火焰喷涂，也可用于等离子喷涂；(4)生产和应用(喷涂)成本低。 项目的最新进展、所达到的水平 已申报2项国家发明专利，可产业化。 项目的关键数据，如性能指标等 ①喷涂方式：普通火焰喷涂或等离子喷涂 ②孔隙率：≤3％(普通火焰喷涂) ③涂层表面硬度：HRA≥90(普通火焰喷涂) ④耐磨性能：普通Ni60涂层的12～18倍(普通火焰喷涂)

本项目采用拥有我国自主知识产权的燃烧合成技术生产技术生产各种先进陶瓷，金属间化合物和复合材料的粉末。提供的主要产品有：a-Si3N4，b-Si3N4，a-Sialon，b-Sialon，AlN，TiN，ZrN，TiC，TiCN，TiB2，SiC，Cr3C2，MoSi2，FeAl，Fe-TiN，Fe-TiC，Fe-TiB2，Cu-TiB2，TiB2-Al2O3，AlN-ZrN-Al3Zr，Si3N4-SiC-TiCN，Si3N4-Si2N2O-TiCN，TiN-TiB2以及纳米电子陶瓷BaTiO3粉末，纳米ZrO2及ZrO2基陶瓷，纳米TiO2粉末。采用这种先进工艺合成反应完全，性能稳定，质量优良，欢迎各界用户洽谈业务。 用于各工业领域耐磨、耐腐蚀、耐高温等严酷服役条件下工作的结构部件。

成果与项目的背景及主要用途：钢铁材料的腐蚀现象普遍存在于国民经济的 116天津大学科技成果选编 各部门中，给社会发展带来巨大的经济损失和金属材料资源的消耗。据统计，每 年钢材腐蚀损失占钢材总产量的 10%，经济损失占国民经济总产值的 2%4%。 我国 2003 年对腐蚀最新调查表明，每年为腐蚀支付的直接与间接费用的总和估 计可达 5000 亿人民币，约占国民经济总产值的 5%，2001 年因腐蚀损耗钢材约 1500 万吨。腐蚀也是导致设备失效、造成重大灾难性事故和严重的环境污染的 重要原因之一，这在石油化工及电力能源领域尤为突出。因此，研究和开发先进 的防腐蚀技术对于经济的可持续发展具有重要意义。 目前主要的镀锌工艺有：电镀锌(电镀、离子镀或离子注入等)、冷镀锌(机械 镀、涂刷镀等)、热镀锌(包括热浸镀、热喷涂镀)。纳米复合粉末渗锌工艺是利用 热处理中金属原子相互渗透扩散的原理，在钢铁构件表面形成一种锌/铁合金保 护层，以防止环境腐蚀的一种新型防腐方法。与其它镀锌工艺如热喷涂锌、电镀、 热浸镀锌比较，粉末渗锌工艺具有独特的优势，如工艺过程简单、不污染环境、 耗锌量低及节省能源等。渗锌涂层均匀光滑，属于冶金结合因而其结合强度高， 具有优异的耐腐蚀性和抗磨损特性等。 纳米复合粉末渗锌技术从工艺到设备研制完全采用国产的原料和设备，不需 要进口专用的原料和部件，具有自主的知识产权。该项目属于投资少、生产成本 低和见效快的高新科技成果。经过近二年多的工业化生产探索实践，证明该技术 的先进、合理和实用性，工艺过程稳定、技术成熟可靠。 技术原理与工艺流程简介：纳米复合粉末渗锌技术属于化学热处理范畴，原 理为：将表面清洁的金属构件埋入装有冲击粒子(SiO2)、金属粉末(Zn、Al/Zn)合金 粉末、活化剂(NH4Cl)、促进剂稀土硅铁粉末等组成粉末渗剂的密封容器中，放置 在炉中加热并进行机械旋转滚动；在活化剂与促进剂、以及机械滚动能和热能的 共同作用，将金属原子扩散渗入钢铁构件表面，形成均匀和致密的、具有一定厚 度的金属化合物冶金扩散涂层。为了提高生产效率和降低生产成本，采用机械滚 动辅助加热方式，以运动粒子和活性高的粉末不断冲击构件表面，加速热传导和 扩散速度并提高渗金属效率。 与目前常用防腐工艺比较，其突出特点是：(1)涂层均匀性和致密性好、与 基体为冶金结合附着强度很高；(2)可实现锌、铝及锌铝复合等热扩散涂层，耐 腐蚀能明显高于电镀、热镀与喷涂涂层；(3)将传统化学热处理的热扩散温度由 900-1100oC 高温状态降低到低温 400-600oC 范围、并缩短加热保温时间，生产过 程耗能明显降低；(4)由于加热温度低对钢铁构件力学性能没有影响；(5)设备投 资少、维护简单及使用寿命长，节约能源及原材料，是一种低成本、高效率的绿 色生产技术。 生产工艺流程包括：除油→除锈→水洗→防锈→烘干(凉干)→装加热渗罐→热 117天津大学科技成果选编 扩散过程→构件保温冷却至出炉→分离→钝化→冲洗→干燥包装成品。 技术水平及专利与获奖情况：该项目已于 2004 年 6 月通过天津市科委组织 的鉴定，被认为达到国内领先水平。“纳米复合粉末渗锌防腐技术”是天津市科 委鉴定成果、登记号：津 20040241。 应用前景分析及效益预测：该技术在国内市场具有很强的竞争能力和应用前 景，其主要原因为：1)热扩散涂层综合性能高。与热镀、热喷涂等比较，涂层具 有优异抗高温氧化性、耐腐蚀性和耐磨损冲击性；与物理及气相沉积、离子化学 热处理等比较，工艺简单、设备投资少、成本低效率高，因而具有很好市场竞争 力。2)纳米复合粉末热扩散涂层工艺是自主开发新型技术，目前处于国内领先水 平。该生产工艺先进，能耗低，成本低廉，具有良好的技术和价格优势。3)目前 我国大力促进清洁生产，为绿色表面热扩散涂层生产技术创造很好的市场发展前 景。粉末渗锌涂层与电镀锌和热浸镀锌比较，具有节约原材料、生产过程没有“三 废”排放及涂层耐腐蚀性高的特点，在目前国家积极促进改造传统电镀和热浸镀 加工行业的形势下，粉末热扩散渗锌涂层工艺将是替代上述传统工艺的最有效防 腐技术。 我国 20 世纪 90 年代就进行了粉末渗锌技术的产业化生产研究，但目前在国 内市场真正实现批量化渗锌涂层产品加工的单位很少。利用该技术加工的产品价 格为 1700-2000 元/吨，消耗原料主要为锌粉 1.4-1.5 万元/吨，投资 80 万元可以 建成一条年生产能力为 5000 吨的生产线，可处理工件长度为 4.5m，这样年产值 可达 850-1000 万元，利税可达 255-300 万元。 应用领域：纳米复合粉末渗锌技术在钢铁材料的防腐蚀方面具有广泛的工程 应用前景，其主要应用范围包括：（1）电力输变电设备：电力、电信铁塔构件； （2）邮电通讯工程：线路金具、输线管件及部件防腐处理；（3）船舶制造：各 种紧固标准件、管件和锚链等；（4）建筑领域：马钢脚手架、五金及钢钉等；（5） 航空航天：火箭发射架和飞机制造紧固件等；（6）海洋工程：搭建海上油田各种 构件；（7）石油化工：塔板、浮阀及填料等化工设备塔内各种构件；（8）工程机 械：各种五金标准件、钢结构配件、水暖件等；（9）汽车制造：各种螺钉、螺母、 垫圈及配件等；（10）铁路和高速公路：紧固件和高速公路上的护栏等。 合作方式及条件：技术合作、转让和技术服务，设备销售和产品加工。 9 海洋生物材料——骨水泥

利用具有自有知识产权的专利技术，制造具有世界先进水平的金属/氧化铝陶瓷结合基板和金属/氮化铝陶瓷结合基板，为电力电子器件和半导体制冷片提供高性能的陶瓷封装材料；研究开发高性能氮化铝陶瓷基板、新型半导体材料和新型电子元器件。铜、铝、镍、银、铁等金属和氧化铝、氮化铝等陶瓷基片直接结合在一起的复合材料，具有优良的电绝缘、导热、低膨胀、大电流、冷热负载循环、温度范围宽等特性，在电子技术领域具有广泛的用途，可用于混合电路、电控电路、半导体功率模块、电源模块、固态继电器、高频开关供电系统、电加热装置、半导体制冷器、微波及航空航天技术及其它相关领域。金属/陶瓷层状复合结构材料在轻装甲防护、新能源及新型发动机领域也具有很好的应用前景，陶瓷基高温复合材料是新一代涡轮风扇航空发动机研究的重点。

成果创新点 主要技术创新路径：申请人依据经典爆炸复合理论， 利用水下爆炸手段研发了多金属管水下爆炸复合技术。利 用水作为传压介质和约束材料，将水下爆炸产生的冲击波 和气泡脉动能量渐变加载于覆管(内管)，使覆管发生塑性 变形同时基管产生弹性变形来实现管坯的复合相结合。 关键技术指标：基复管精确定位、爆炸参数的合理选 择以及金属爆炸索的制备。 核心解决问题、核心优势等： 1) 降

主要技术创新路径：申请人依据经典爆炸复合理论，利用水下爆炸手段研发了多金属管水下爆炸复合技术。利用水作为传压介质和约束材料，将水下爆炸产生的冲击波和气泡脉动能量渐变加载于覆管(内管)，使覆管发生塑性变形同时基管产生弹性变形来实现管坯的复合相结合。 关键技术指标：基复管精确定位、爆炸参数的合理选择以及金属爆炸索的制备。 核心解决问题、核心优势等： 1) 降压：能够降低炸药爆轰的初始压力，削弱其对管材的损伤； 2)延时：利用爆炸产生的冲击波和水体动能作用于覆管，延长爆炸能量作用时间； 3)降温降烟：水的比热容很高，该方法既能够有效降低爆轰产物作用于管材的温度，保护管材，又能够有效降低爆炸后的炮烟，有利于现场操作

污水处理厂提标扩容一般需要大量投资，尤其是征地投资，技术工艺复杂，投资和运行费用高，建设周期长。工艺流程工程应用 同济大学环境科学与工程学院戴晓虎教授团队研发的高浓度复合粉末载体生物流化床技术，基于污水生物处理技术原理，向生物池投加复合粉末载体，提高生物池混合液悬浮固体浓度，构建悬浮生长和附着生长的“双泥”共生微生物系统，强化抗冲击能力，并提高污染物容积负荷和污泥沉降性能。通过污泥浓缩和复合粉末载体回收系统，实现双泥龄，解决脱氮菌和除磷菌泥龄矛盾，强化了生物脱氮除磷效率。 相对于传统污水处理技术，该技术处理负荷提升两倍以上，投资成本减少20%以上，建设周期减少30%以上，不仅可用于已建成的城镇污水处理厂提标扩容改造，也可直接用于新建城镇污水处理厂项目，可有效解决我国污水处理厂的提标扩容征地难、建设周期长和投资费用高的难题，具有巨大的推广应用价值。 该技术目前已在10多个城镇污水处理厂应用，日处理规模达到120万m3，产值30多亿元，相关技术申请发明专利11项，包括PCT4项；得到政府的广泛关注。现正在编制运行指南、导则及相关标准规范，被列入国家环境保护核心技术名录，以进一步扩大其推广应用范围，提升我国污水高标准处理技术水平。

基于增材制造理念的先进设计与智能制造赋能第四次工业革命，金属3D打印技术开始应用广泛应用于航空航天、生物医疗、交通运输、智能制造等领域。但是全球绝大部分高端金属粉末市场份额被国外厂商占据，高端金属粉末的缺失制约了我国3D打印行业的发展。为解决这一“卡脖子”难题，本项目拟研发出具有我国自主知识产权的粉体制备技术，形成从粉末原材料、打印工艺到发动机铝合金零件制造成套技术科学与技术原型，建成超高强度3D打印用铝合金示范生产线，有力提升经济效应。 本项目基于“粉末-3D打印工艺-零件性能”关系，指导粉末进行成分、粒径、形貌等参数优化。通过调节气雾化压力、过热温度、保温时间、喷嘴结构、惰性气体气流量来揭示氧含量、球形度、空心粉率及成分变化规律。最终获得高品质合金粉末气雾化紧耦合制备原理及技术。并且通过探究“打印工艺-力学性能-变形控制”关系，发展了高性能、高精度3D打印构件配套成形技术。