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。

本项目立足于我国丰富的硼资源，研制出了以高硬度、团球状且弥散分布的 M2B 为耐磨相的高硼耐磨铸钢；通过控制基体组织，保证了其磨损稳定性；通过解决复合界面控制问题，开发了低成本 高硼铸钢  / 低合金钢双金属复合技术，推动了耐磨材料和重型装备行业的技术进步。项目共发表论文32 篇，授权发明专利 15 项，制订标准 2 项。

以自主开发的超细 / 纳米 WC 类复合粉末为原料，基于目前国内企业常用烧结设备，开发出特色烧结工艺，制备出不同粘结相含量和晶粒尺寸级别、性能达到国际先进水平的系列超细晶硬质合金块体材 料， 平均晶粒尺寸 200 － 500nm，硬度 HRA 90 － 93.5，断裂韧性 12.0 － 20.0MPa.m1/2，横向断裂强度4500 － 5200MPa，性能得到国际著名硬质合金企业和国内权威资质机构检测认定。利用真空烧结、热压烧结、热等静压烧结等技术，结合原料粒径匹配和烧结工艺优化，制备出平均晶粒尺寸>8µm  的组织均匀、性能稳定的超粗晶硬质合金块材，具有硬度 > HRA 90.0、断裂韧性 >15.0 MPa.m1/2 的优良力学性能。

作为最终产品的零部件，必须具备较高的综合机械性能，以满足产品使用性能与使用寿命，这就要求选用更好的材料或采用更先进的工艺制造技术以大幅度地提高零部件的强度和韧性。按照材料研究领域的共识，高性能零部件必须具备超细晶粒、高洁净度和成分高均匀性 3 个主要特性，而对新型高性能锻件的研究和开发也必须建立三个前提条件之上，也就是在基本不增加制造成本，尽可能少地利用合金资源与能源，以及基本不降低塑性和韧性。满足以上条件后，可实现锻件的强度增加一倍和使用寿命增加一倍的目标。而达成这一目标的核心理论与

本成果通过复合材料各组分界面性质研究，精密控制复合材料的组分和亚微观结构，从而采用通用的复合工艺，通用工程塑料基材和市售的膨胀石墨和碳纤维，再经过具有自主知识产权的科学处理技术之后，获得具有高电导率和很好力学性能的抗电磁工程塑料。

该技术以 Si、Al 替代 Pb，研制出新型无铅环保硅黄铜合金，优选出合适的低压铸造工艺参数，并开展产品设计，成功制备了新一代环保黄铜水龙头，实现了黄铜制品的“无铅化”，解决了现有的黄铜材料制备工艺复杂、降铅与切削性能难以兼顾等技术难题。本团队制备的环保黄铜水龙头完全“零铅”，析 Pb 量远小于 5μg/L 的相关标准限值，与常用的 HPb59-1 水龙头相比，其拉伸 强度提高 48.8%、延伸率提高 66.7%、综合切削性能提高 7.5%、 耐蚀性能提高 63.6%、良品率高达 85%、制造成本降低 25%以上，整体技术指标达国际先进水平，完全可取代进口产品。 

本项目主要依托东北大学近十年来在加压冶金装备和超高强韧、耐蚀高氮不锈钢品种开发方面的长期技术积淀，投资工业化规模的加压冶金装备（一台1吨的加压感应炉和一台5吨的加压电渣炉），联合开发和生产超高强韧、耐蚀高氮不锈钢材料系列，用于制造航空航天、军工、高端装备制造用高端轴承、海洋工程耐海水腐蚀部件、医用生物材料、高端医疗工具、民用特种刀具、特种塑料模具和高端阀门等。目前该项目在国内属于首创。 高氮耐蚀塑料模具钢M303、M333（0.1%N）和M340（0.2%N），其组织更均匀细小，同时具有最佳的抛光性能以及极佳的耐腐蚀性能、良好的韧性、加工性能和尺寸稳定性，可高端耐蚀镜面塑料模具市场需求。P900N（18Cr-18Mn-0.9N）和P900NMo（18Cr-18Mn-2Mo-0.9N）和P2000（16Cr-14Mn-3Mo-0.9N ）该类钢具有高的屈服强度和塑性，良好的耐腐蚀性能特别是耐应力腐蚀和低的导磁性能，强度级别更高的P900N、P900NMo和P2000在航母、潜艇和各种舰船上的大型电机用护环以及航母弹射器上用的护环制备中具有广泛的应用前景，同时P2000可以用与人体植入材料、以及高强紧固件。 Fe-Cr-Mn-N系高氮奥氏体不锈钢（氮含量0.8-1.5wt%），其无磁性而大幅提高武器装备的隐蔽能力和抗磁干扰能力，其优良抗弹性能和高防护系数，同时兼有优良的耐蚀性能，可作为两栖坦克的高强结构材料和两栖装甲的理想防护材料，为装甲钢方面的发展添加了一条新途径。Fe-Cr-Ni-N体系的高氮不锈钢具有优异的耐应力腐蚀性能和高的屈服强度，可应用于压力水（PWR）和沸腾水（BWR）核反应的冷却材料。因此，在核动力航母和核潜艇上也将有潜在的应用。目前东北大学已成功开发出制备超高强韧、耐蚀高氮不锈钢的加压冶金关键设备和核心工艺技术，并实验室规模成功制备性能优异的高氮马氏体不锈钢Cronidur30、M303、M333和M340，高氮奥氏体不锈钢P900N、P900NMo和P2000等，已经基本完成了航空用轴承、高端耐蚀塑料模具、生物植入器件和高强紧固件等用材料的实验室规模试制。

一、项目简介采用不锈钢化学抛光技术可得到银白色的不锈钢表面，该技术不需要直流电源设备，可对形状复杂的不锈钢制品进行加工，生产工艺简单，操作方便，生产效率高，适于大批量生产。与传统化学抛光技术相比，温度从高温降至中温，可节省大量能源，而且该抛光液采用对环境友好成分，使用过程无酸雾逸出，操作环境良好。二、市场前景不锈钢化学抛光技术可用于不锈钢加工的各个行业，应用前景广阔。三、规模与投资可根据不同单位生产量灵活安排。四、生产设备化学抛光槽、除油槽及相应加热设备。五、效益分析化学抛光液成本低廉，劳动保护要求低，而且可为单位节省环保投资。六、合作方式面议。