可降解镁基生物医用材料，被誉为“革命性的金属生物材料”，用作新一代生物可降解心血管支架、骨组织修复材料与器件等，无需二次手术取出植入体。运用第一性原理计算与MD模拟，对优选的生物相容性好的合金元素对镁变形和降解行为的影响作定量评估，研发出了生物相容性好、强韧性匹配、降解可控的专利医用镁合金材料。医用镁骨板在大白兔股骨内植入18周仍保持强度70%，医用镁血管支架植入大白兔腹主动脉16周，仍保持机械完整性，显示了临床应用前景。

本发明涉及振动铸造设备领域，由砂斗、上平台、悬臂架、承重架、L 型支架、拉 簧、振动电机、振动电机固定装置和底座组成，砂斗和上平台通过螺栓固连，振动电机固定 装置与四个 L 型支架固连，四个 L 型支架的长端与上平台通过螺栓连接，四个 L 型支架的短端分别通过拉簧悬挂在悬臂架上，悬臂架通过承重架固定在底座上，振动电机固定装置每个 侧边上分别安装两个振动电机。本发明结构简单，不仅可以使振动铸造机的最大运动自由度 增加到四个，而且通过改变振动电机的安装位置、工作状态和调整振动电机偏心块的夹角使 得振动铸造机获得不同的振动自由度数、激振力和振动幅度，使砂斗中的铸型获得合适的振 动激励，从而改善铸件的质量。

本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 铸造是我国装备制造的基础工艺，无论是农业机械、机床、汽车、船舶，还是航空航天以及国防军工等领域的发展都离不开铸件。我国现已成为世界铸件生产大国，2020年我国各类铸件总产量达到5195万吨，较2019年同比增长6.6%，约占世界总产量45%，位居世界第一位。 铸造主要有砂型铸造、金属型铸造和特种铸造等，砂型铸造由于其原材料来源广泛、成本低、铸型制造简便以及应用合金种类多等优点，世界上80%的铸件都是采用砂型铸造。对于砂型铸造工艺来说，模样、芯盒等模具的设计制造是非常复杂并且耗时的过程，该过程首先需要根据铸造方案进行模具的设计，然后通过翻模制作砂型和砂芯，之后再将制作好的砂型和砂芯经过组芯、合箱以及浇铸从而完成金属毛坯的制造。而高性能复杂整体金属结构件又是航空航天、国防军工、轨道交通等领域高端装备的核心组成部分。因此构件的短流程、高精密、高性能制造是实现我国高端装备自主研发及制造的关键环节。 传统的金属成形如模具铸造、模压锻造等需要木模、金属模的成形工艺，存在工序多、流程长、形性精确控制难等世界性难题，无法满足多品种、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研发新型精密成形基础前沿机制与方法。本项目将构建数字化精密成形理论体系，涵盖数字化无模铸造复合成形和数字化多材质复合铸型等两方面，突破了复杂整体构件高效率、高性能、高精度无模成形技术，变革了采用模具造型的传统砂型铸造和模压锻造生产模式，推动传统金属成形模式的创新发展。 复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。揭示了挤压工艺对砂型透气性、砂型强度等性能的影响规律，发明了梯度紧实的柔性挤压成形方法，实现了砂型/芯梯度紧实柔性挤压近成形。 复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究针对传统单一铸型对结构复杂、壁厚差异大、铸件形性调控难、尺寸精度差等难题，提出了多材质复合铸型技术及与铸件相匹配的多材质复合铸型及其坎合组装方法，通过建立多材质复合铸型与高性能铸件一体化精确铸造成形的计算分析模型，构建了多材质复合铸型的调控原理与方法。揭示了多材质复合铸型对铸件温度场、微观组织及力学性能的影响规律，研制出石英砂、宝珠砂、铬铁矿砂等构成的形性可控铸型材料配方，实现了铸型透气性、固化强度、切削性能的协同调控。研究了传统铸型与复合铸型的凝固温度曲线，对比了不同工艺所制铸件的强度，掌握了各铸型单元的热力学参数及型砂种类对铸件性能的影响规律，揭示了金属液与不同铸型间的热力耦合作用机理。 三、创新点及主要技术指标 1.复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究揭示了砂粒移位、桥连断裂、空穴弥合的砂型/芯切削机理，建立了非均质离散体砂型切削模型，发明了一种切削排砂一体化的无模铸型数字化快速制造方法，实现了高精高效制造，铸件制造周期缩短50%以上，成本降低30%以上。 2.复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究实现了对铸件充型凝固过程的精确调控，提高了复杂铸件内在质量与外在精度，实现了铸件性能主动精确调控，使铸件废品率从5%～10%降至2%～4%，减重10%～20%。 四、知识产权及获奖（成果基础） 知识产权情况： 成果获授权发明专利46件，其中美日等国际发明专利18件；软件著作权12件；起草制定国家、行业等标准规范14项；出版专著《无模铸造》（机械工业出版社，2017）。成果入选并被列为国家工信部《机械基础件、基础制造工艺、基础材料产业“十二五”规划》（工信部规[2011]509号）中“50项推广应用的先进绿色制造工艺”的首项技术。 获奖情况： 2020年国家科学技术进步奖二等奖； 2018年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2017年国家技术发明二等奖； 2016年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2016年中国专利金奖； 2014年国家科学技术进步奖一等奖； 2012年北京市科学技术奖一等奖； 2011年国家科学技术进步奖二等奖。 五、成果图片

本发明公开了一种模拟离心铸造的多环薄壁模具，包括底盘， 浇口杯，浇道以及铸造模，底盘呈圆形平板状，浇口杯设置在底盘圆 心处；铸造模固定在底盘上，呈环形柱状，该铸造模的环圆心与底盘 圆心重合；浇道固定在底盘上，用于连通浇口杯和铸造模的腔室；浇 道的高度小于铸造模的高度。工作时，离心力使经浇口杯进入的流体 通过浇道到达腔室，并进一步自外而内、自下而上充入腔室，以进行 金属液体充型过程模拟。本发明装置能模拟流体三维形态的流

本发明公开了一种用于物理模拟的立式离心铸造系统，包括离 心铸造装置和物料供给装置，离心铸造装置包括稳定支架、动力输出 轴和电动机，两个轴承支撑限位件固定在稳定支架上，动力输出轴安 装在两个轴承支撑限位件之间，其上下端分别与离心转盘和电动机相 连；离心转盘上安装有多功能模具；物料供给装置包括可移动龙门架、 浇注管道系统和控制台；可移动龙门架上安装有浇注桶提升机和多功 能机架，多功能机架上安装有液料箱和高速摄像机，浇注管

有色金属加工、材料加工、金属铸造

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等学术刊物上发表论文 200 余篇，申请中国发明专利 65 件，授权发明专利 22 件。2010 年相关块体非晶复合材料韧化的工作被 Nature-Asia Materials 做专题评述，多项其它工作还被 Science，Materials Today，Nature 等学术杂志做专题评述以及其它世界各国媒体报道。在新一代超高强钢和先进耐热钢研究上取得了国际水平的研究成果，其中关于超高强钢的成果被国际权威给予很高的评价，同时被科技部评为“2017 年度中国科学十大进展”并在央视新闻联播报道。 超高强钢； 先进高熵合金； 块体非晶合金； 非晶纳米晶软磁合金； 非晶态耐磨耐蚀合金； 非晶与高熵合金钎焊材料； 高熵合金生物材料； 高强耐蚀镁合金。

在 Nature，Science，Physical Review Letters，Advanced Materials 等学术刊物上发表论文 200 余篇，申请中国发明专利 65 件，授权发明专利 22 件。2010 年相关块体非晶复合材料韧化的工作被 Nature-Asia Materials 做专题评述，多项其它工作还被 Science，Materials Today，Nature 等学术杂志做专题评述以及其它世界各国媒体报道。在新一代超高强钢和先进耐热钢研究上取得了国际水平的研究成果，其中关于超高强钢的成果被国际权威给予很高的评价，同时被科技部评为“2017 年度中国科学十大进展”并在央视新闻联播报道。超高强钢；先进高熵合金；块体非晶合金；非晶纳米晶软磁合金；非晶态耐磨耐蚀合金；非晶与高熵合金钎焊材料；高熵合金生物材料；高强耐蚀镁合金。

锌的标准电极电位为-0.76V，是典型的钢铁基体牺牲阳极保护镀层。锌合金镀层是电镀锌镀层的进一步发展，通过加入镍、锡、钴、铬等合金元素，在成本增加很少或不增加情况下，不仅保持了锌镀层的牺牲阳极保护特性，又可使镀层的性能、尤其是耐蚀性可获得大幅度提高。 锌镍合金电镀技术是锌合金镀的一种。含镍25~30%的锌镍合金镀层耐蚀性和机械性能均好但内应力大，含镍10~20%的锌镍合金镀层耐蚀性和机械性能均好，抗海水和抗湿能力比锌高6~7倍，含镍7~9%的锌镍合金镀层镀后可成型加工，易于钝化。北京科技大学开发了以下两类锌－镍合金电镀技术。（1）锌－镍合金镀层高速电镀技术 锌－镍合金镀层钢板作为制造汽车用高耐蚀性表面处理钢板80年代起被重视，为此开发了锌－镍合金镀层钢板的高速电镀技术。 高速电镀技术采用简单的硫酸盐类镀液体系，在使钢板以100米/秒左右的速度高速运行下，以50安培/平方分米以上的高电流密度进行电镀。电流效率达95%以上。镀层含镍10~20%，镀层相结构为耐蚀性最好的单一γ相，组织细密，外观呈青白色金属光泽，镀层耐蚀性是电镀锌镀层的5倍以上。（2）常规锌－镍合金镀层电镀技术 开发的常规铵盐类弱酸性镀液体系锌－镍合金镀层电镀技术获得了国家专利。以1~5安培/平方分米的电流密度进行电镀，镀层光亮，色调与不锈钢相仿，但成本低。所得锌镍合金镀层的耐蚀性是电镀锌镀层的5－10倍，而且耐热性比镀锌层大为提高。

铁基形状记忆合金是一种新型结构功能材料。自90年代，我校已研究成功几种Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形状记忆合金，这些合金的屈服强度可达300～450MPa，完全回复的形状记忆应变已达3%，予应变为6%时净回复应变可达5%，具有良好的单程形状记忆效应和形状记忆完全性，合金中Cr、Ni元素的加入兼具有良好的耐腐蚀性。铁基形状记忆合金的应用如下： 1