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。 

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。

中国生产的镍氢电池性能与国外相比差距还很大，这是由于工艺设备落后、材料性能较差等原因造成的，电池的一致性、稳定性均有待提高。日本稀土贮氢合金全部采用片铸(Strip Casting)工艺生产，我国则全部采用模铸(Mold Casting)工艺生产。在国家“八六三”计划支持下，开发具有自主知识产权的稀土贮氢合金的铸片产业化技术，达到日本同期水平。该技术优点有：（1）可以提高稀土贮氢合金的比容量。相同成分的稀土贮氢合金采用模铸工艺生产比容量为320mAh/g，如果采用片铸工艺生产则比容量提高到340mAh/g；（2）活化速度快。模铸工艺生产的稀土贮氢合金需要10-15个完全冲放周期才能达到最大吸氢量，片贮工艺则只需要2-3个完全冲放周期。（3）抗氧化、耐腐蚀、寿命长。片铸工艺生产的相同成分稀土贮氢合金比模铸工艺生产的抗氧化和耐腐蚀性能好，使用寿命长200个循环周期；（4）可以降低原材料成本。例如生产比容量为320mAh/g的稀土贮氢合金，采用片铸工艺可以大幅度降低金属钴，降幅达到30%-50%；（5)能耗降低。片铸工艺生产的稀土贮氢合金全部有均匀细小的柱状晶组成、相分布均匀、偏析降低到最低限度、没有富锰析出，不需要热处理。模铸工艺生产的稀土贮氢合金偏析严重、富锰相析出，因此需要热处理来消除或减弱。 LaNi5型稀土贮氢合金是1969年荷兰菲利浦公司发现的，它具有电化学容量高、循环工作寿命长、对电解液有良好的耐蚀性、对过充电时正极产生的氧要有良好的耐氧化性、电催化活性高、反应阻力（氢过电压）小、氢扩散速率大、电极反应可逆性好、在电池工作温度范围（-20～+60）内有合适的氢平衡分解压、无污染。稀土贮氢合金的重要应用是它可以被用作镍氢电池的阴极材料。镍氢电池与传统的镍镉电池相比，其能量密度提高两倍，广泛应用于能源、化工、电子、宇航、军事及民用各个方面，如笔记本电脑、计算机、摄像机、收录机、数码相机、通讯器材、电动工具、混合动力汽车等。

传统的电解工业（电解水、氯碱工业）阴、阳极会同时产生两种气体，一般采用离子交换膜防止两种气体的混合，避免爆炸性混合气体的产生。离子交换膜的使用增加了电解的成本，此外膜内阻也增加了电解的能耗。且由于阳极和阴极室的气体压力必须通过稳定的电源输入保持平衡，很难利用风能和太阳能等不稳定的可持续能源来直接为离子膜电解池供电。另一方面，电解池中的高压气体和阳极氧化过程的中间产物也会加剧膜的老化降解，近一步增加电解成本。基于电池电极的分步法无膜电解技术有望为电池电极反应推出一个新的研究方向，随着电池工业迅速发展，电池电极的制备已经非常成熟，分步法电解技术很容易利用现有的商业化电极实现产业化。