内容介绍： 本项目针对高性能复杂金属结构件成形的技术难题和快速响应需求， 建立了金属结构件激光立体成形科学与技术整体架构和成形工艺规范， 成形与修复构件的综合力学性能达到锻件技术标准，研发了具有自主知 识产权系列激光立体成形与修复工艺装备，并在国内首先实现了商业应 用，为激光立体成形技术的大规模工业化应用提供了技术支撑。 该技术获授权发明专

电子、通讯等行业产生大量含有金、银等贵金属的工业废液，但由于其含金、银浓度低、回收困难大等原因，长期以来并没有被有效回收利用。最近，天津大学化工学院、天津化学化工协同创新中心课题组在这一领域取得了突破性进展。他们采用“室温电子还原”技术，成功从含金、银等贵金属的离子溶液中高效、环保、可选择性地制备出“漂浮金膜”、“漂浮银膜”，实现从金属废液中提取贵金属。实验中可8分钟之内从铜、铁、锌、金的混合溶液中回收金离子，回收率高达99.96%。“室温电子还原技术”是在室温条件下电离低压气体，形成大量电子或其

1. 痛点问题 催化已经广泛应用于各个领域。90%以上的化学生产过程都离不开催化。催化领域的每一次重大突破，都极大地改变了人类的生产与生活方式。 传统的有机配体支撑/配位的过渡金属催化剂被称为“有机金属络合物催化剂”体系，存在有机配体制备复杂、昂贵、周期长、污染大以及催化剂不稳定和难以回收利用，反应条件苛刻危险等问题，严重限制了其大规模的工业化应用。 2. 解决方案 该项技术提出了“无机配体配位/支撑金属催化剂”的原创性新概念（中国科学报，科学网和教育部科技转移中心等媒体报道http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/8/416736.shtm），相关研究成果发表在Nature子刊和《德国应用化学》等世界著名学术刊物上，开创了多金属氧化物均相催化的新领域。其基本原理是利用具有优良电子转移能力的金属氧化物作为无机配体，与金属络合配位，在过渡金属周围薪酬电子蓄水池，通过均相催化等手段控制电子的转移，从而控制化学反应的选择性和活性。 这种高效、简单、低廉、绿色、环保和易回收利用的催化剂合成和应用方法解决了传统“有机金属络合物催化剂”存在的根本性难题。为目前化学工业生产上诸如氧化、缩合、偶联和硝化等高污染的反应提供了全新的解决方案。 3.合作需求 与材料，能源，绿色化工，生物医药，染料中间体，食品领域的企业合作，开展产业化探索。

提高金属结构材料的强度和韧性对拓展材料的应用领域具有重要意义，特别对于颗粒增强铝基复合材料，其具有高的比强度、比刚度、耐磨、耐疲劳、低热膨胀性、低密度、高微屈服强度、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的力学性能和物理性能，在航空航天和轨道交通领域有广泛应用前景，是新型结构材料中的新生中坚力量。本项目在掌握了颗粒相设计、复合材料熔体制备、铸造、挤压和热处理工艺的前提下，以低温场和电磁场为加工途径，通过调控低温处理时的降温速度、处理时间、处理温度和循环次数，调控电磁场强度、磁场作用时间等参数，对固溶时效态的

成果简介在 21 世纪的航空航天、 电子、 仪器、 纺织、 印刷、 医疗器械和汽车等工业领域中， 以微小群孔/群坑为关键结构的零部件使用越来越广泛， 例如光纤连接器、 喷丝板、 电子显微光栅、 微喷嘴、 过滤网、 冷气导管、 印刷电路板、 摩擦副表面用于减磨的微细群坑结构等。 目前， 加工微小群孔的方法主要有： 机械加工、激光加工、 电火花加工、 掩膜电解加工和电子束加工。 但这些加工方式或多或少均存在着一些问题， 机械加工易产生内应力和毛刺； 激光加工效率高， 但其加工后的孔壁有再铸

富勒烯碳笼内部可包入多种金属原子或团簇，形成一种新的杂化分子，被称为内包金属富勒烯。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 富勒烯碳笼内部可包入多种金属原子或团簇，形成一种新的杂化分子，被称为内包金属富勒烯。由于金属的存在及对碳笼的影响，内包金属富勒烯的结构复杂、性质奇特，在生物医学及能源催化等领域具有巨大的应用前景。但其制备和分离流程复杂，产率低下且纯化困难，成为当前限制其应用的关键瓶颈。目前，常用的分离方法是采用高效液相色谱法（HPLC）分离，由于HPLC分离的大部分工作集中在分离空心富勒烯和内包金属富勒烯上，因而对内包金属富勒烯的分离效率低下，且成本高、耗时长。如何快速高效地分离内包金属富勒烯成为本领域急需解决的难题。

随着我国国民经济的不断发展，对轴承钢性能提出了更高的要求。超纯净轴承钢被广泛地应用于高速铁路、风电装备、航空发动机、高档轿车变速箱、高速精密机床和长寿命冶金轧机等对使用寿命、可靠性、承载能力严格要求的领域。超纯净轴承钢炼钢冶炼难度极高，主要是由于其钢中非金属夹杂物控制存在以下两个难题：（1）超高洁净度，总氧含量低于 5 ppm；（2）大颗粒夹杂物数量要求少，尺寸小于 15 μm。近 30 年来，通过引进、消化和吸收，实现了大部分高端装备的国产化，但对高端装备用高可靠长寿命轴承的国产化一直没有解决。因此，开发超纯净轴承钢中非金属夹杂物控制关键技术，为打破此领域国外产品及技术垄断、实现国内自主生产有重要意义。 （1）超纯净轴承钢精炼渣成分设计技术. 铝脱氧轴承钢都是通过高碱度精炼渣提升钢材的洁净度，减少钢中夹杂物数量。高碱度精炼渣具有很高的脱氧脱硫能力，效率高，可生产超低硫轴承钢。由于高碱度精炼渣中 CaO 含量高，易被钢中[Al]还原而进入钢液，从而生成 Ds 类夹杂，对轴承钢性能产生不利影响。另外，高碱度使精炼渣熔点变高，成渣慢，炉渣流动性变差，会影响脱氧脱硫效果，有可能引起卷渣。低碱度精炼渣由于碱度低，降低了 CaO-Al 2 O 3 类夹杂的影响，但脱氧能力下降使得氧化物夹杂上升。本项目研究应用 FactSage 热力学计算软件，研究了不同精炼渣成分对钢液成分、夹杂物成分的影响，通过对不同精炼渣系进行设计优化，确定精炼渣成分；同时，本项目在碱度 7-12 范围内进行工业试验，考虑了不同碱度精炼渣对轴承钢洁净度和夹杂物成分的影响，从而更系统准确地确定了有利于超纯净轴承钢夹杂物控制的最优精炼渣成分。 （2）超纯净轴承钢 VD 精炼控制技术.在真空状态下吹氩搅拌钢液，促使夹杂物从钢液内排除，使钢的洁净度提高。VD 精炼过程渣钢剧烈反应，渣中 CaO、MgO 被还原为[Ca]和[Mg]进入钢液，与钢中 Al 2 O 3 夹杂物反应生成镁铝尖晶石和钙铝酸盐，导致钢中 Ds 类夹杂数量增加，可能导致水口结瘤和最终轧材中出现Ds 类夹杂缺陷，影响轴承钢的质量水平，VD 精炼真空度的控制对于夹杂物的上浮去除和夹杂物成分非常重要。本项目对 VD 真空度进行了优化，使得最终产品夹杂物中的 CaO 含量由 30%左右降低至 5%以下，显著减少了 CaO-Al 2 O 3 和CaO-Al 2 O 3 -MgO 复合夹杂物的生成，使钢中夹杂物由 CaO-Al 2 O 3 类转变为镁铝尖晶石类，减轻了 Ds 类夹杂的危害。 （3）热处理过程夹杂物成分控制技术。对于轴承钢钢液中的夹杂物已经形成了一系列脱氧、精炼渣改性、真空精炼等成熟的夹杂物控制方法，可以较好实现冶炼过程从精炼到连铸过程夹杂物的有效控制。轴承钢轧制热处理过程不仅能够改变钢的组织结构和性能，也会使得氧化物夹杂与钢基体发生高温反应，造成钢基体成分偏析、原有氧化物夹杂的改变和新氧化物夹杂的析出。同时，热处理过程钢基体中氧化物夹杂的种类、性质、尺寸及形貌特征变化直接影响着最终轴承钢产品的组织和性能。本项目研究了在不同热处理温度（1225o C、1300 o C 和1375o ）和热处理时间条件下，GCr15 轴承钢中非金属夹杂物的演变规律，并且发现热处理过程轴承钢中的 MgO-Al 2 O 3 -CaO 会逐渐转变为 MgO-Al 2 O 3 -CaS 夹杂物，小尺寸夹杂物完成转变所需时间较短，而大尺寸夹杂物完成转变所需时间较长。在不同热处理温度下，钢中夹杂物尺寸基本不变，但夹杂物转变速率不同。通过热力学计算和动力学模型，对轴承钢热处理过程中夹杂物的转变机理进行揭示。

非调质钢作为高效节能环保型钢材在世界范围内发展迅速。它是指经过精密锻造或热轧并控制冷却后就可以达到调质钢才能得到综合性能的一类钢，由于在使用过程中可以省掉调质工序而得名。由于其具有节省能源、材料、减少淬火变形开裂、工艺简单等优点，目前备受世界各国的关注，得到迅速发展和使用，使用量日益增大，广泛用于诸如汽车连杆、曲轴、转向节轴、驱动轴、前桥等零件和结构件，是汽车用钢的典型代表。非调质钢属于合金结构钢，为了保证合金结构钢所制零件的使用寿命，对其洁净度有严格的要求，非调质钢可以采用各种方式进行冶炼，但其对洁净度的要求，只能比合金结构钢更高，而且非调质钢属于微合金钢，要发挥合金元素的作用，其钢液必须是满足一定的洁净度的。因此，开发非调质钢中非金属夹杂物控制关键技术及其重要。 （1）非调质钢中夹杂物成分控制技术。将不同工序夹杂物成分求平均值，观察夹杂物在全流程的变化趋势。从 Al 2 O 3 -SiO 2 -MnO 三元相图可以看出，夹杂物中主要成分是 Al 2 O 3 和 MnO。随着冶炼进行，夹杂物中 MnO 含量变化不大；夹杂物中 SiO 2 含量比较稳定，在 10%左右，VD 破真空后夹杂物中 SiO 2 含量有所升高，其余工序几乎没有变化。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MgO-CaO 2 三元相图变化表明，钢中夹杂物中 MgO 含量较低，约在 10%以下，冶炼过程中没有明显变化，VD 真空处理后，由于渣线对耐火材料的侵蚀，导致出现部分高 MgO 含量的夹杂物，而良好的渣吸附作用使夹杂物中 MgO 含量没有明显变化；夹杂物中 CaO 含量在冶炼过程中有先升高，后降低的趋势。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 三元相图变化表明，冶炼过程中 SiO 2 含量稳定；夹杂物中 CaO 含量在 LF 进站时较低，经过 LF精炼后，夹杂物从 Al 2 O 3 -MnO 为主要成分，转变为 Al 2 O 3 -MnO–CaO；VD 真空精炼对夹杂物成分影响不大，但增 S 操作后，夹杂物中 CaO 含量明显降低，可能是由于生产 CaS 的缘故；连铸过程由于二次氧化，使夹杂物中 Al 2 O 3 含量上升，夹杂物 CaO 含量有所下降。全流程夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MnO-CaO 三元相图变化表明，电炉出钢后夹杂物中 Al 2 O 3 含量较高，LF 出站和 VD 真空后夹杂物中 Al 2 O 3 含量有所降低，CaO 含量有所升高，渣钢平衡反应是其主要原因；夹杂物中 Al 2 O 3和 MnO 含量在增硫之后有所升高，可能是由于连铸过程中有二次氧化导致。 （2）非调质钢中夹杂物数量和尺寸控制技术。根据 Aspex 扫描结果做出的全流程钢中硫化物、氧硫化物、氧化物分布图，如图 2。对全流程单位面积夹杂物数量结果分析表明，随着冶炼的进行，氧化物数量在 VD 破真空前持续降低，软吹后数量有所升高，之后较为稳定，数量约在 12 个/mm2 ，多数氧化物夹杂属于氧硫化物，在 VD 破真空后明显降低，较 LF 工序后期降低约 50%，体现了极佳的精炼效果。连铸过程的氧化物夹杂数量稳定，保护浇铸较好。铸坯和轧材横截面中数量均较低，约 10 个/mm2 。硫化物是最终钢中主要夹杂物。LF 精炼和 VD真空精炼使钢中的硫化物数量降低。在 VD 破软吹后加入 FeS 进行增硫，硫化物数量明显升高，铸坯中由于凝固过程有充分的时间让硫化物聚集长大，因此数量较低，但面积较大。轧材横纵断面中硫化物数量较高，但相对铸坯中尺寸较小，轧材纵截面硫化物的尺寸相对横截面较大。

弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备中，是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的钢种。弹簧工作在周期的弯曲、扭转等交变力条件下，经受拉、压、冲击、扭、疲劳腐蚀等多种作用，有时还要承受极高的短时突加载荷。除表面脱碳、表面缺陷外，造成弹簧的疲劳断裂破坏的主要因素是钢中非金属夹杂物。非金属夹杂物对疲劳性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布；另一方面，由于钢基体组织和性质制约，与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物的危害最大。钢的强度水平愈高，夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显著。因此，提高弹簧的疲劳寿命，关键要提高弹簧钢的洁净度，因此就要降低氧含量，减少非金属夹杂物的含量并改善夹杂物形态分布及尺寸。 （1）不锈钢冶炼脱氧及夹杂物预测热力学。通过热力学计算预测了弹簧钢中 Al-O、Si-O、Mg-O、Ca-O 脱氧平衡曲线，以及多元符合脱氧情况下 Al-Si-O、Al-Mg-O、Al-Mg-Ca-O 和 Al-Si-Ca-O 等夹杂物生成相图。 通过热力学计算预测了渣钢反应过程中不同精炼渣成分对于钢中[Al]s 和[O]含量的影响，研究表明高碱度有利于氧含量的降低，低碱度有利于钢中铝含量的去除。通过建立了钢液凝固和冷却过程弹簧钢中夹杂物变化热力学计算模型，可以预测钢液凝固和冷过过程中 MnS、TiN 和氧化物夹杂的变化和析出规律。 （2）铁合金洁净度对弹簧钢中夹杂物的影响。通过正常合金炉次和合金优化卢比全流程夹杂物演变规律的对比，可以看出，合金的选择对于夹杂物的性质会有较大的影响。在 LF 合金调整后夹杂物成分相差较大，优化合金可以有效的控制夹杂物中 Al2O3 含量，而对于 MgO 含量影响不大，提升夹杂物塑性化比例。 （3）弹簧钢精炼渣成分改性夹杂物。目前脱氧工艺主要有两种：一种是降低钢中总氧，获得高的洁净度，即采用强脱氧剂 Al 脱氧，将钢中绝大部分溶解氧转化为 Al 2 O 3 ，然后通过炉渣吸收，吹氩或电磁搅拌以及利用真空处理等手段促进夹杂物上浮，达到降低 T.O. 的目的。另一种脱氧路线是采用控制夹杂物种类、形貌、大小、分布的方法，采用 Si 脱氧，严格控制钢中 Al 含量，避免Al 2 O 3 的析出，这种工艺生产的弹簧钢虽然 T.O. 高于 Al 脱氧钢，但是夹杂物低熔点的、具有良好变形能力的 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系夹杂物，疲劳极限优于 Al 脱氧弹簧钢。