项目简介 一种复合微合金化的镍铝青铜及制备方法，其特征是它包括钪（Sc）（0.025∼0.078%）、 锆（Zr）（0.028∼0.082%）、锶（Sr）（0.012∼0.057%）和余量的镍铝青铜。它的制备方法 为：首先，将镍铝青铜熔化后，依次加入 Al-Sr 中间合金、Al-Zr 中间合金和纯 Sc；其 次，加入淸渣剂，接着通入高纯氮气精炼；最后倒入浇包，静置后除渣并浇铸成锭。 产品性能、指标\ 本发明具有组织细小、致密，其硬度提高 13.4％，在 3.

金属表面镀铬、镀镍能耗高，镀液处理成本高，环境污染严重。微合金化耐磨蚀技术，表面硬度达到镀硬铬要求，耐蚀性能优镀铬镀镍处理，生产过程绿色无污染，批量工业化生产具有显著的经济效益和社会效益。 微合金表面处理技术”是在金属表面纳米化、稀土助渗和低温渗氮/碳/金属技术的基础上自主创新发展而来的表面强化技术，通过氮、碳、硼等间隙原子及稀土、钽、钛、钨、钼、硅等微量合金元素的协同复合渗入，在钢铁零件表面形成具有精细微观结构的复合层，大大提高耐蚀性和耐磨性，解决了传统氮化存在的氮化层晶间脆化、不耐高温等缺点。

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。

合金性能特点及应用范围新型系列民用高温性能特点及用途 典型合金种类 性能及用途等   抗氧化 能在高达1200~1310℃下长期使用，最高使用温度可达1360℃。可广泛用于各种热电偶保护管、石油化工的高温燃气管道、燃烧装置、各种高温炉、高温辐射管、电子组件、化工设备、蒸汽发生器管道及高温部件等。  高温高强度 具有极高的高温强度和耐磨性能，能在高达900~1280℃高温下长期使用。如各种热风炉、发电厂硫化床、高温模具、陶瓷烧结炉燃烧喷嘴等。  抗硫化 适合于一些高温高硫气氛中使用，如石油、煤培烧厂热交换器、煤处理转换处理设备、气体燃烧炉、燃烧气体交换器等。 抗碳化 适合于气体渗碳炉构件，碳再生及活化装备、乙烯裂解装置的热解管、煤气化及燃烧厂的热交换器等。

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。

项目涉及的产品是钛基合金，具体包括钛铁合金、钛铝合金以及钛铝钒合金等，其广泛用于冶金、国防、军工、航空、航天以及生物医学等领域。目前，现有的钛及钛合金等钛材的利用流程仍全是高钛渣/金红石-高温氯化-真空还原-精制-海绵钛-破碎-真空熔炼-钛材这一高能耗、高污染的高成本生产工艺。东北大学在国家973、国家自然科学基金以及企业重大科技攻关等项目的联合资助下，针对现有金属热还原法直接制备钛基合金存在的钛氧化物还原不彻底等技术难题，发明了基于喷吹金属蒸气深度多级还原直接冶炼钛基合金的新技术，并突破了其喷吹金属蒸气深度还原装备的技术难题，建成了吨级规模的基于喷吹深度多级还原装备。成功制备出氧含量低于0.6%的低氧高钛铁；氧含量低于0.1%，氮含量低于200ppm的钛铝合金及钛铝钒合金，目前已完成20kg规模的放大试验，建成了吨级规模的基于喷吹深度多级还原核心装备，进入产业化和推广应用阶段。核心成果已获得国家发明专利６项，整体技术及装备水平世界领先。 项目研究形成了从方法-产品-装备的原始创新，突破直接热还原法制备钛基合金的技术难题，实现了钛合金的短流程清洁制备，为国家安全建设和社会经济建设提供了战略物质保障社会经济效益显著。未来5年，我国特种钢精炼用高钛铁合金用量可达30万吨，若投资建立一条深度多级还原直接冶炼低氧高钛铁的生产线，可实现年产量5000吨的规模，其总产值可达2.5亿元以上，年均创造效益约5000万元。建设一条1000吨规模的钛铝基钛合金生产，其总产值可达2亿元以上，年均创造效益约5000~8000万元。因此项目建设将极大地拉动地方经济。

本成果为一系列铝基合金材料，包括铝硅合金、铝碳化硅梯度复合材料以及高硅铝合金壳体的成形方法和模具。将铝硅合金粉末和铝基复合材料的板坯直接铺设进行热压烧结，不需要经过冷压成型，减小热膨胀系数，易于控制铝基复合材料层的厚度和形状，确保工艺的可重复。 将铝硅合金与铝碳化硅有机结合，构成具有多层梯度结构的铝硅/铝碳化硅梯度复合材料，一方面利用铝碳化硅复合材料的高强度和高模量，为电子器件提供良好的机械性能，另一方面充分发挥铝硅合金的易加工、可镀覆、可激光焊接等优点，有利于加工成具有复杂形状的封装壳体，为高功率密度电子器件提供封装保护。本成果还提供一种加工模具，可以对高硅铝合金壳体的尺寸进行约束，使得成型后尺寸偏差小，且通过模具设计可以获得不同形状大小的封装壳体，成形后尺寸偏差小，合格率高。

本成果制备的高抗变色金色铜合金金色度高，不含贵金属元素，成本较低，同时加入微量钴，大大提高合金抗脱锌腐蚀性能。通过首创的Cu-Fe合金短流程制备装备及工艺制备出的Cu-Fe合金，经过形变强化、细晶强化以及微米级/亚微米级/纳米级Fe相多尺度协同析出强化等共同作用，使Cu-Fe合金具有高强度、高导电性能。本成果提出一种合金化无氧铜的制备方法，有效解决了现有技术中无氧铜条在进行生产功率模块的热处理工艺时，随着热的输入，晶粒会急剧增大，从而在下一道接合工艺或是与其他零部件接合时发生各种故障问题，进而实现了即使850℃高温时，也可以抑制晶体颗粒增大。

质子交换膜燃料电池在车用动力能源，分布式发电站，便携式电子产品等领域具有很好的应用前景，因而受到广泛关注。然而应用最广的Nafion质子交换膜存由于脱水导致电导率降低，无法在高温下使用。聚苯并咪唑(PBI)是制备聚合物电解质膜常用的材料，PBI 的热稳定性极好，熔点高于600oC，化学稳定性好，并且具有良好的机械强度，是一种优异的聚合物电解质膜材料。然而PBI 本身并没有离子导电的能力，虽然采用离子基团修饰的方法能够提高PBI 的导电性，但是修饰之后的PBI 溶解性能发生变化