研究内容： 该项目研究了 ME20M 镁合金板料热拉深成形；提出了适 合镁合金板料热成形的含非常应变软化因子的高温流变应力数学模型， 并 通 过 用 户 子 程 序 二 次 开 发 VUMAT 将 其 加 入 到 数 值 模 拟 软 件 ABAQUSA/explicit 中去；通过金相组织实验，在各种成形条件下热拉深 筒形件断面组织结构， 得到不同成形工艺参数对镁合金组织性能的影响结 果。

本发明是一种镁合金磷酸盐表面改性处理方法，从而达到保护、美化 镁合金产品的目的。它包括脱脂、酸洗活化、碱洗、化学改性以及封闭工 序，其中还有水洗和烘干工序，所采用的改性溶液包括磷酸、氢氧化钡、 氟化钠、磷酸锌等。 本发明的优点 ：1、此工艺是以磷酸盐为主体的处理溶液，不使用铬 酸或氰化物，无污染； 2、整套工艺的溶液可以在追加损耗的情况下重复 使用，这就大大地节省资源、降低了生产成本，与阳极氧化工艺相比

提出在生物质快速热解制备生物油过程中通过分级冷凝获得生物油轻质和重质组分，将轻质组分采取低温、高温二级温和加氢，重质组分化学链制氢提供氢源，自氢制取高品质含氧燃料的新途径。建成了国内外首套千吨级生物质定向热解制备高品质含氧燃料示范装置，经第三方检测认定：可实现5.6吨生物质制备1吨目标产品，生物油总碳利用率89.3[[[[[%]]]]]，产品中醇类选择性达87[[[[[%]]]]]，制备的含氧燃料能够与汽柴油混合使用，动力性能相当，碳烟排放量可降低20[[[[[%]]]]]。相关成果获得2017年教育部自然科学一等奖。

二、项目简介兰炭也称半焦碳，以低变质煤为原料在隔绝空气的情况采用低温干馏技术生产的一种固体产品。它是一种较为硬而脆的煤种，在兰炭生产过程中，小于 3 mm的兰炭粉末约占总质量的 10%，这部分兰炭粉(半焦)是用廉价的末煤干馏而成，成本较块煤降低近 20%。因其粒度小，不符合生产工艺要求，只能被当作低级燃料廉价处理或被弃置于河道或地头。这不仅造成大量能源浪费，限制兰炭的经济效益，而且对环境造成严重污染。将兰炭经过改性后加工制作成高品质碳材料，如锂离子电池负极或者活性碳等，延长兰炭产业链，变废为宝。二、性能优势1.兰炭基负极材料电化学性能表 1 兰炭基负极材料电化学性能首次脱离容量市场定位库伦效率 0.5C/300 次循环 1C/300 次循环材料(%)（mAh/g）（mAh/g）（mAh/g）361兰炭负极高82.63373142.兰炭粉末制备人工石墨的优势：（（（1）原始材料基本无成本，通常作为废料处理；2）催化剂有效催化兰炭石墨化，人工石墨品质高，催化剂成本低；3）人工石墨容量高，循环性能好，可作为高品质动力电池使用。国内某知名锂离子电池负极生产企业将容量大于 350mAh/g 的负

提出在生物质快速热解制备生物油过程中通过分级冷凝获得生物油轻质和重质组分，将轻质组分采取低温、高温二级温和加氢，重质组分化学链制氢提供氢源，自氢制取高品质含氧燃料的新途径。建成了国内外首套千吨级生物质定向热解制备高品质含氧燃料示范装置，经第三方检测认定：可实现5.6吨生物质制备1吨目标产品，生物油总碳利用率89.3%，产品中醇类选择性达87%，制备的含氧燃料能够与汽柴油混合使用，动力性能相当，碳烟排放量可降低20%。相关成果获得2017年教育部自然科学一等奖。

热轧带卷生产流程较冷轧带卷短，综合成本较低，被广泛地应用在汽车、船舶、桥梁、机械以及建筑等众多领域。热轧带卷产品，如管线钢、热轧双相钢、锯片钢、耐候钢板、集装箱板由于其各自独特的产品特性，相对于普通钢材具有较高的附加值。以管线钢为例，为满足石油、天然气等管道服役的强度、韧性和抗应力腐蚀需求以及加工中的焊接性要求，产品组织性能控制难度大。近年来国内企业和研究院所通过不断技术攻关，提高了高级别产品的国产化生产能力，也摆脱了国外对我国石化等关键行业的技术封锁。关键工艺技术：为实现热轧带卷产品高强度、高韧性、耐不同服役环境腐蚀的综合性能需求，通过基于材料基因特性的多尺度材料设计技术、无缺陷铸坯制造技术、新一代控轧控冷技术、全流程仿真技术等，实现了高品质热轧带卷产品的自主开发与稳定化生产。

本项目共包括10项授权专利，其中高品质微波单晶薄膜的制备工艺获得3项专利技术，同时将这种单晶薄膜应用在微波器件/结构、太赫兹结构/器件和自旋逻辑器件中等，共获得7项专利技术。本项目突破了我国在3英寸石榴石系列单晶体材料以及相关器件研究上的瓶颈技术，获得了高法拉第效应和低铁磁共振线宽的大尺寸高质量石榴石单晶薄膜材料。满足了国内在磁光、微波及毫米波集成器件方面对石榴石系晶体材料的需求，摆脱了完全依赖进口、受制于人的不利局面。（1）建成了我国第一条大尺寸磁

“高性能稀土镁合金薄板带生产技术”项目是以北京市科委经费支持为起源、以国家“十二• 五”科技支撑计划为发展，以北京科技大学与美国波音公司国际合作开发高性能稀土镁合金等为基础，逐步形成的一项特色科技成果。通过系统地研究铸轧、挤压板坯热轧、铸锭热轧和热处理过程中镁合金组织演变机理与性能控制技术等，研发出具有高成形性能的稀土镁合金；实现了高精度镁合金板成卷轧制过程自动化控制及精整、表面处理技术的开发，并完成了高精度镁合金专用轧机机组及控制装置的研发设计及应用，在此基础上研发出高性能稀土镁合金薄板带生产工艺技术。

临床广泛使用的骨科固定器械材料以钛合金、不锈钢等惰性金属为主，而现有可降解吸收材料（如聚乳酸、羟基磷灰石等）力学性能较差，无法对承受较大载荷骨创伤部位进行有效固定，应用范围有限。但惰性金属材料存在需要二次手术取出或永久保存在体内的问题。镁合金被称为革命性的植入材料，具有力学性能优异、生物相容性好、可在生理环境中降解吸收等突出的优势。目前全世界医用镁合金研究者、以及美国FDA、中国国家药监局、欧盟药监机构等均普遍认为医用镁合金的发展已经具备进入临床和实际应用推广阶段，且部分可吸收镁合金骨科器械已进入临床试验阶段。 本成果开发了系列化医用镁合金成分设计、组织与性能调控及其可控降解涂层技术。基于上述研究成果，研制的可吸收镁合金骨科器械能在骨组织完成修复和再生过程后自行降解，降解产物镁离子是人体必需元素，能促进骨组织愈合，也避免了需要二次手术取出带来的痛苦和经济压力，临床推广便利，市场前景巨大，可适用于不同骨折内固定的各种结构形式骨钉、骨板等新产品。研究团队在可吸收医用镁合金材料及其复合材料与保护涂层技术开发方面已申请了15项发明专利，从医用镁合金熔炼、成分设计、加工、表面可降解复合涂层、到骨科器械的结构优化设计等关键技术环节都有很好的发明专利保护。在已有的技术基础上，可以快速形成所需结构形式的可吸收骨科器械进行动物、临床实验。

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。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060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。