铝及其合金是工程应用最广泛的结构材料之一。传统的铝合金零件通过铸造、锻造和粉末冶金等方法制造，与这些传统制造过程相关的工具设备增加了制造成本和交付周期。3D打印技术由于为制造设计提供了丰富的自由度而广泛应用于工程零件的制造。现有3D打印技术中，选择性激光熔化（SLM）是发展最为广泛的方法之一。但是SLM工艺中的冶金缺陷如许多裂纹、球化和气孔导致只有有限数量的金属适合该种工艺，且具备满足要求的密度、微观结构和强度。 中南大学粉末冶金研究院李瑞迪研究员和新西兰奥克兰大学、中车工业研究院有限公司等单位合作通过对合金元素进行调控和热处理工艺的探索，发展了一种适用于SLM制备工艺，具有良好抗裂性和高强度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相关论文以题为“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金属材料顶级期刊《Acta Materialia》在线发表。 在该项工作中，研究人员设计了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用雾化合金粉末进行3D打印制备。在没有Si元素的情况下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制备过程中均易发生热裂纹，平均裂纹密度随Mg含量的增加而增大。发现在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能够有效地抑制SLM过程中的热裂纹，同时细化制备合金的微结构，从而提高打印试样的力学性能。 图1：不同成分的打印样品晶粒尺寸和形貌EBSD分析结果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶体学取向用倒极图（IPF）表示。 图2：Mg和Si元素对试样断裂行为的影响。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉应力应变曲线。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的断口SEM图像。 通过对合金成分的进一步微调，研究人员设计了一种新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。这种新合金具有明显的细化微观组织，由亚微米胞体和胞体中存在的共晶Al3（Sc，Zr）纳米粒子（2-15nm）和粒间Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直径10-100nm）组成。打印试样中形成了高密度的层错和独特的9R相。试样的拉伸强度和延伸率分别达到497MPa和11%。经过时效处理后，试样的拉伸强度达到550MPa，塑性在8%～17%之间。除了固溶强化、晶界强化和纳米颗粒强化外，高密度层错也有助于强化。 图3：不同组分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印样品的细晶区TEM图像：（a1-2）合金4的胞状结构；（a3-4）合金的柱状结构；（b1-5）合金（b2）的胞状结构是（b1）的暗场图像；（b3-4）合金的柱状组织#5；图（a2），（a4），（b2）和（b4）显示了晶间共晶组织；（b5）是SLM-printed Alloy#5细胞的干HAADF图像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相应EDX图谱。 图4：（a）SLM打印合金#5时效前后的拉伸应力应变曲线。曲线“#5”表示打印合金#5；曲线“#5-HT1”表示360℃时效8h的合金#5；曲线“#5-HT2”表示300℃时效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2断裂处拉伸试样的透射电镜显示具有高密度位错和SFs的变形组织。（c）沿[001]方向的变形亚晶中滑移带和滑移方向的HRTEM图像。（d）在（-100）面上用（c）图中标记区域的傅里叶逆变换图像显示出高密度位错。 这项研究成果通过在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精细打印微观组织，获得了无裂纹的打印合金成分。随后通过热处理时效工艺引入高密度层错并细化晶粒，开发出了一种具有低热裂敏感性和高强度的新型铝镁合金。这项工作提供了一种解决和消除SLM工艺中的冶金缺陷的铝镁合金成分设计方法和热处理工艺，推动了SLM制造技术的工程应用。

本发明公开了一种提升被动安全的航空发动机涡轮叶片缩扩型供气通道，将供气通道设计为先缩后扩的结构，通过控制喉部截面积可以控制理论最大流量，这样，在正常情况下，气流在喉部的速度最大，而收缩段和扩张段的流动速度较小，缩扩型供气通道的整体流阻不会显著增加，可以使航空发动机在主动安全情况下具有良好的工作性能

1、主要技术内容、获奖情况 通过本项目的实施，掌握了百万等级超长叶片小余量数值模拟锻造及工艺优 化技术、大型疏水槽空心叶片自动化焊接及变形控制技术、末级动叶片多阶静频 测量及调频控制技术、末级动叶片进汽边防水蚀控制技术（硬化层深度可控的激 光硬化技术和激光熔覆技术）、大型末级动叶精密机械加工控制技术、叶片产业 化数字制造技术等关键技术，开发了满足重大工程需求的百万千瓦等级汽轮机系 列长叶片，打破了国外大公司在该领域长期技术垄断，掌握了核心技术，提升高 端长叶片品质，降低了百万等级机组制造成本，优化了产品工艺，加快实现百万 千瓦等级机组的自主化和国际化进程，为推动我国电站装备制造行业及电力能源 产业结构调整奠定了坚实的基础。 获奖情况：2015 年中国机械工业科技技术奖一等奖 2、成果的技术指标、创新性与先进性 （1）在国内采用超长叶片小余量数值模拟锻造及工艺优化技术，首次实现 了世界最长的百万等级核电汽轮机 75 英寸（1905mm）叶片和百万超超临界汽轮 机 60 英寸（1524mm）钛合金叶片研制。 （2）在国内采用激光硬化和激光熔覆技术，分别首次实现了国内最长的百 万千瓦超超临界汽轮机 45 英寸（1146mm）末级动叶片和百万千瓦超超临界汽轮 机 48 英寸（1220mm）末级动叶片进汽边防水蚀处理。 （3）在国内采用多阶静频测量及调频控制技术，使静频一次合格率提高到 了 90%，首次实现了百万千瓦超超临界汽轮机 45 英寸（1146mm）叶片 1～6 阶静 频测量及调频（柔性自由叶片）。 （4）在国内首次对 1 米以上超大空心叶片采用自动化焊接技术，研制成功 了国内最长的百万千瓦超超临界汽轮机 41 英寸（1050mm）末级空心静叶片和百 万千瓦核电汽轮机 51 英寸（1292mm）末级空心静叶片。 （5）通过采用信息化与工艺技术的集成，加快了在产业化中产品开发效率 和质量，首次实现了产品开发过程中的锻造工艺的自动化设计、叶片型面数据的 自动化测量分析、产品质量数据的自动化收集与分析。 3、技术成熟度365 百万千瓦等级汽轮机长叶片关键制造技术已成熟应用于百万等级核电汽轮 机 57 英寸（1448mm）末级动叶片、CAP1000 核电汽轮机 67 英寸（1710mm）末级 动叶片、CAP1400 核电 71（1800mm）、72（1828mm）、75（1905mm）英寸末级动叶 片、百万超超临界汽轮机 60 英寸（1524mm）钛合金叶片、百万千瓦超超临界汽 轮机 48 英寸（1220mm）末级动叶片、百万超超临界汽轮机 45 英寸（1146mm）柔 性自由末级动叶片和 41 英寸（1050mm）末级空心静叶、CPR1000 核电汽轮机 51 英寸（1292mm）空心静叶片等一系列具有国际先进水平的长叶片研制中，并实现 了产业化。 4、应用情况 江南大学和无锡透平叶片有限公司联合研制生产的百万千瓦等级汽轮机长 叶片已批量经交付给东方汽轮机厂、上海汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂、日本三菱 日立、德国西门子等公司，百万等级核电叶片已通过用户和中广核的共同鉴定， 无锡透平叶片有限公司因此列入中广核国内唯一的核电叶片供货商名单。目前产 品已经分别成功运用在国内岭澳核电站二期、红沿河一期、北仓港电厂、华能玉 环电厂等，经用户使用后反映良好。

铝铜合金广泛应用于航空航天、舰船、车辆等工业领域，目前国内外针对铝铜合金焊接及增材专用材料主要为ER2319，铝铜合金熔焊时焊缝金属不仅易产生热裂纹，而且焊缝的强度低、塑性差，影响了铝铜合金作为焊接结构件的推广应用；铝铜合金沉积态组织不均匀性，晶粒组织较粗大，增材试样性能较低。针对铝铜合金焊接接头及增材件性能较低，缺乏高性能的专用材料这一问题开展研究，开发一种高性能的铝铜合金焊接和增材用焊丝，通过对铸锭、焊丝及其增材试样组织进行观察分析，系统研究Ti和Zr的含量对铝铜合金微观组织结构、力学性能影响，探索增材制造过程中的组织演变机制；深入研究非均质形核核心的形貌、大小、分布以及其晶体结构和晶格常数，揭示Ti、Zr元素复合作用细化铝铜合金组织机理，丰富和发展铝合金细化理论，为高性能铝铜合金焊接增材专用材料的研发提供一条新的思路，推动铝铜合金在工业领域更广泛的应用。

基金属间化合物原料成本较低，具有低比重、优异的抗氧化、抗硫蚀等特点，可以应用于对强度要求不太高的中高温氧化或硫蚀环境中，如有色冶炼厂和高浓度烟气收尘设备及制酸系统中的烟气净化设备、转化器、热交换设备极板和壳体；汽车尾气管、电厂排气的烟气管道等。从1991年起，孙祖庆教授及其研究小组在国家科技部863专家委员会、国家自然科学基金委及中国-福特基金的支持下，开展了系统工作。 主要创新性研究成果有以下几点： 首次提出Fe3Al基合金的B2热机械处理工艺，使合金在空气中的室温拉伸延伸率提高到15％以上。 通过自行开发的提高合金中高温抗蠕变性能的处理工艺，研制成功Fe-28Al-XCr系金属间化合物材料。申请两项发明专利并已获得批准（专利号：ZL 93 1 14921.5）(专利号：ZL 93 1 21242.X)。 通过Cr, Ti, Mn, Ni, Mo等代位合金元素原子在Fe3Al基金属间化合物合金亚点阵占位的中子衍射研究及交互作用能计算探讨上述各元素对室温塑性的影响。Fe3Al基合金热加工过程中的变形织构研究。 在解决了该系列合金采用传统工艺制备大体积材料、并获得薄板的基础上，开展了超塑性行为、可焊性研究，并提出优化的热弯成型及焊接工艺。申请焊接发明专利一项，已公开（公开号：CN1251329A）。 Fe3Al基合金薄板在有色冶炼后处理含氧环境中的现场试验结果显示了它比不锈钢优异的抗蚀性能。通过鉴定一项。 B2结构Fe3Al单晶力学行为各向异性机理研究。不同取向单晶宏观拉伸切应力—切应变曲线形式、各阶段加工硬化行为与各滑移系的激活方式、晶体转动及位错组态的演变直接相关。 目前，有关Fe3Al基合金冶炼、热加工、焊接及组织性能控制的技术已经成熟，在普通钢铁企业现有的冶炼及轧制设备条件下，可以通过真空熔炼或非真空熔炼加电渣重熔工艺精炼来制备Fe3Al基合金铸锭，通过锻造及轧制设备生产各种规格的Fe3Al基合金板材；通过热弯工艺及焊接工艺可获得Fe3Al基合金焊管。

利用超疏水性能，可以实现表面自清洁等功能。若在金属材料表面上制备超 疏水结构，开可以提高材料的耐腐蚀性能。为此，本项目分别在铝合金、镁合金 上制备了微纳结构、并制备了 ZnO、Ti02及石墨烯阵列的超疏水结构，可望应用 于金属防腐、焊料的润湿、太阳能电池表面的自清洁等方面。实施条件:需要有对零件进行清洗、腐蚀和涂覆的场地和相应设备。 预算:投入5-50万，随处理的零件的大小和数量而变。

本发明提供了一种长循环寿命的钒基固溶体贮氢合金，该合金解决了钒基固溶体贮氢合金在吸放氢循环过程中贮氢量衰减较快的问题。该贮氢合金属钒基BCC型，化学式为VaTibCr(100-b-c-d-e)FecAldSie，式中，50≤a≤60，15≤b≤25，1≤c≤15，0＜d≤2，0＜e≤1(a，b，c，d，e均为原子百分含量)。该合金生产方法简单，在氢的贮存、运输以及燃料电池等方面具有广泛的应用前景。

金刚石薄膜涂层硬质合金工具由于性能优异、成本相对较低(与PCD和金刚石厚膜钎焊工具相比、可以适应于复杂形状工具衬底沉积、以及可能大批量沉积等优点, 具有非常好的市场前景。 金刚石薄膜涂层硬质合金工具开发的关键是解决金刚石薄膜在硬质合金衬底上的生长(沉积)和良好附着的技术。本项目成果采用独特的衬底预处理和优化的金刚石膜沉积工艺已经解决了Co对金刚石膜生长和附着的有害影响问题。在YG类硬质合金工具衬底所沉积的金刚石膜涂层厚度最大可达20～30m。用洛氏硬度压痕法评定的金刚石膜附着力时的无裂纹临界载荷达1500N以上。在铣削Al-12wt%Si合金时, 金刚石薄膜涂层的YG6铣刀比未涂层硬质合金刀片使用寿命可提高20倍以上。 本成果基于我们已经取得的两项关于金刚石膜低温沉积技术和硬质合金衬底激光预处理技术的发明专利(ZL 91 1 02584.7, ZL 93 1 19434.2 ), 以及最近完成的另外二项关于使用特殊钴化物过渡层提高金刚石薄膜附着力的技术(已申请发明专利, 申请号: 99107912.4, 01130903.2)。此外, 本项目组正在进行工业化生产设备和技术的研究开发, 原型设备研制已接近完成, 其特点是摒弃通常CVD设备的平面沉积方式, 采用立体(空间)沉积方式, 因此可以一次沉积大量工件。最终工业化设备的目标是一次涂覆可转位刀片(或钻头)300只以上。 本项目成果可用于开发各种金刚石薄膜涂层硬质合金工具和模具, 以及其它需要解决极度耐磨或降低摩擦的应用。

西安交大科研团队研制的新型镁锂合金是目前世界上最轻的金属结构材料。材料成功地应用于“浦江一号”和“高分微纳”两颗卫星。其中，高分辨率微纳卫星几乎整颗都用了该型镁锂合金材料替代铝合金结构材料，大大减轻了自身的结构重量，有效载荷得到显著提高，是镁锂合金在航空航天应用史上的一次重大突破。   由高性能镁锂合金衍生出高性能镁合金（汽车用）、高性能铝镁合金（特种行业）等一系列民用产品。西安交大具备开发系列新型高性能铝、镁合金的能力。

小试阶段/n一种钒钛硅铁合金的制备方法，其特征在于：先向含钛高炉渣中加入占含钛高炉渣2~8 wt.%的五氧化二钒，0~20 wt.%的碳、0~30 wt.%的金属铝、0~10 wt.%的铁、0~10 wt.%的硅和0~30 wt.%的镁，混合均匀；然后进行熔融热还原，制得钒钛硅铁合金。。本发明针对高钛型高炉渣资源化利用过程中的提钛工艺成本过高、工艺对环境有污染，以及提钛后残渣难以利用等技术难题，提供一种收得率高、附加值高、节能减排和利于环境保护的钒钛硅铁合金的制备方法。制得的钒钛硅铁多元复合合金作为