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高性能鋁合金架空導線材料與應用
2018年國家技術發明二等獎
電網是我國經濟發展的命脈，架空輸電導線作為電力輸送的“血管”是電網中用量最大、最關鍵的組成部分之一。導線的導電率每提升1%IACS，全國每年節約線損超70億千瓦時。特高壓、遠距離、大容量輸電和清潔能源利用的發展，對架空導線的導電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升導電率與同時提高強度和耐熱性之間存在矛盾，導致我國電網建設急需的特種導線難以滿足工程需求。上海交通大學孫寶德教授團隊與江蘇中天科技集團合作，經十余年研究，取得以下創新性成果：
1.發明了耐熱高導Al-Zr-Y合金材料及微結構調控工藝，解決了耐熱相粗大和溶質鋯(Zr)原子析出不充分的難題，使導電率從60% IACS提高到60.8%IACS，耐熱溫度從150℃提高到210℃。研制的耐熱鋁合金導線電網改造工程中獲得大量應用，占國內耐熱導線40%市場份額；
2. 發明了高強抗疲勞Al-Mg-Si導線，解決了強化相調控和超細夾雜去除的難題，顯著提高了材料的抗疲勞性能，在運行張力增大的條件下，振動疲勞壽命超過3000萬次。研制的特種大跨越導線和全鋁合金節能導線，占國內30%市場份額，特別是大跨越導線，幾乎包攬了國家電網大跨越工程；
3. 發明了高效除氫、活性涂層陶瓷過濾和新型細化劑制備等導線冶金質量控制技術，解決了微量雜質元素與氣體去除的難題，實現了電工鋁導線的導電率從61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型節能導線在特高壓工程中獲得大量應用。
上述成果依托國家973項目、國家自然科學基金、上海市節能減排專項等項目，共獲得19項中國發明專利，1項美國專利和25項實用新型專利，發表論文49篇。成果在特高壓電網建設、電網增容改造、新能源并網發電、電網領域節能減排中發揮重要的作用，并且出口到歐美及一帶一路沿線國家，海外累計架線超2萬公里，打破國際壟斷，成為中國制造和中國電力走出去的“國家名片”。
導線性能測試實驗室
超細夾雜物去除-現場試驗
加拿大奧爾茲灣跨海大跨越——世界拉力最大的輸電跨越工程
晉東南-南陽-荊門 1000kV 黃河大跨越
上海交通大學
2021-05-11
耐蝕耐磨化學鍍Ni-W-P合金
化學鍍Ni-P具有優良的耐腐蝕性能，在工業生產中被廣泛應用。但是，隨著應用的增多也 出現了一些問題。由于化學鍍層是陰極性的，如在施鍍過程中形成針孔、麻點以及使用過程中 外力對鍍層的損壞等，往往造成鍍層在腐蝕介質中形成電偶腐蝕，使得鍍層不僅對基體起不到 保護作用，反而加速了基體的腐蝕。 三元合金Ni-W-P鍍層的出現在一定程度上解決了Ni-P鍍層中所存在的問題。W元素的加入 可以提高鍍層的致密性，減小了腐蝕介質穿透鍍層在鍍層與基體之間形成電偶腐蝕的幾率。此 外，W是一種自鈍化元素，在腐蝕介質中有利于鍍層表面鈍化膜的形成，提高了鍍層的耐蝕性 能，因此，P的含量相近時Ni-W-P鍍層的耐蝕性能優于Ni-P鍍層。但是Ni-W-P鍍層與Ni-P鍍層 相比在與基體的結合力上并沒有提高，在后續加工過程中如受到一定外力作用時，鍍層很容易 脫落，這就使得鍍層的應用范圍受到了一定的限制。 該技術針對現有化學鍍層在使用過程中所存在的問題，提出將含有一定量W元素的Ni-W-P 鍍層在高溫下進行熱處理，提高鍍層的結合力和硬度，大幅度提高鍍層的耐蝕耐磨性能，延長 鍍層的使用壽命。 可應用于換熱器、泵、軸、空冷等耐蝕或者耐磨的場合
華東理工大學
2021-04-11
航空鋁合金大尺寸板、帶材制備項目
我國的大飛機發展計劃，為我國鋁合金的發展提供了新的機遇。飛機的60-75%的構件是鋁合金。航空鋁合金是鋁合金中高技術含量，高投資，高附加值產品。我國的C919客機已下線，但是該飛機所用的材料主要依賴進口，急需國產化。同時我國軍用飛機的大型鋁合金材料依然不能滿足軍機發展的需要。最近，國務院和中央軍委大力倡導“民參軍”，鼓勵民營企業參加國防軍工生產。所以該項目計劃建設年產20萬噸鋁合金板帶生產線，其中航空鋁合金板帶5萬噸，其余為工業中厚板。 該項目采用了東北大學發明的兩項關鍵技術-1）電磁-氣刀連鑄技術；以解決高質量錠坯制備，這一制約航空鋁合金發展的關鍵技術，和2）鋁合金電流場熱處理技術，包括電流場均化和電流場固溶時效，在降低成本的同時，保證材料的性能，均有較高的效益。 一般客機自重為30噸左右，戰斗機為10-20噸，大型運輸機為60-80噸，其中60-70%為鋁合金，則按一架飛機平均自重30噸估算，約需鋁合金20噸左右，則需要的鋁合金材料為200噸左右，80-90%被加工掉。如果我國飛機材料能達到500架/年，這需要10萬噸鋁合金。由于現在飛機大部分部件都采用板材機加工方法，所以板材要占80%，既8萬噸。 同時我國的戰車、炮車、軍車等正在實現輕量化，也需要航空鋁合金，預測每年要達到30-50萬噸。 同時，該生產線還可以生產民用中厚板，包括罐車、動車車廂、鋁合金煤車等，預測需要30-50萬噸。 因此包括航空鋁合金在內，我國每年鋁合金中厚板的需求量可以達到80-100萬噸，且隨著我國飛機制造和高鐵發展，需求量還會增加。 招商方向引導 金屬結構材料，輕合金加工行業。可以新建，也可以在原鋁合金加工廠改造升級。
東北大學
2021-04-11
含氧化鈰的低合金鋼焊條
本發明公開了一種含氧化鈰的低合金鋼焊條，屬焊接材料技術領域。該焊條藥皮主要組分(重量比)為：大理石39-48％，螢石18-26％，鈦鐵10-12％，低碳硅鐵5-8％，中碳錳鐵 3-6％，云母4-4.5％，純堿0.5-1％，CeO2-5為2.6-3.4％。將上述組分的藥粉材料混合均勻后用鈉水玻璃做粘結劑在活塞式油壓機上將藥粉壓涂在直徑為4mm的H08A焊芯上做成低合金鋼焊條。優點是：采用該藥皮的堿性焊條熔敷金屬的力學性能與現有低合金鋼焊條E 5515-G 型焊條的力學性能相比：抗拉強度提高了35.64-43.27％，屈服強度提高了45.18-52.11％，沖擊功提高了24.50-26.49％，而硬度卻不下降。雖然焊條制造成本提高了2.1％，但由于焊前和焊后無需采用特殊的工藝措施，因此焊條性價比高。
江蘇師范大學
2021-04-11
半固態鋁合金流變成形技術及設備
在傳統的半固態鋁合金觸變成形技術中，電磁攪拌和電磁感應重熔加熱的功率較大、效率很低、能耗很高，半固態坯料的液相分數不能太高，成形非常復雜零件毛坯時遇到困難，而且坯料的鋸屑、坯料重熔加熱時的流失金屬、澆注系統和廢品不能馬上回用，增加了觸變成形的生產成本。因此，如何進一步降低生產成本成為當今半固態鋁合金成形技術應用的最重要的主題。 在國家九五、十五和十一五“863”高技術發展計劃的支持下，我校研制開發的先進鋁合金半固態流變成形技術已經成熟，成功地流變成形了汽車零件，如圖1所示。與一般半固態鋁合金觸變成形相比，該半固態鋁合金流變成形的生產工藝流程大大縮短，設備投資也將大幅度減少，半固態流變成形零件的生產成本將會明顯降低。目前，該項目已經通過國家“863”計劃組織的專家委員會的驗收。 由于半固態鋁合金流變成形不易發生噴濺、裹氣少、凝固收縮小，流變成形的零件毛坯致密，能夠熱處理強化，因此采用本半固態流變成形技術成型的鋁合金零件的力學性能遠遠超過鋁合金壓鑄件的力學性能，滿足國家技術標準。而且，流變成形的零件毛坯不存在宏觀偏析，力學性能更均勻；可以實現近終化成形，大為減少機加工量，降低加工成本；易于實現機械化或自動化操作，生產效率高；減輕了模具的熱沖擊，提高了模具的壽命。該技術具有電磁攪拌和均熱能耗低，漿料表面氧化程度輕，輸送方便，漿料的固相分數可以靈活控制，便于成形各種復雜零件，而且半固態鋁合金漿料流變成形后的澆注系統、廢品將直接在本車間回用，降低原料成本。與傳統的半固態鋁合金觸變成形相比，半固態鋁合金流變成形的生產工藝流程大大縮短，設備投資也將大幅度減少，半固態流變成形零件的生產成本將會明顯降低。 該技術以北京科技大學擁有的中國發明專利00 1 09540.4為支撐，具有原創性及完全的知識產權。 目前，鋁合金半固態流變成形應用主要集中在汽車零件和耐壓閥體等零件，如汽車制動總泵殼、油道、輪轂等，也可以應用于其他要求較高的零件毛坯，如航空、航天、摩托車和電子行業的鋁合金零件等。鋁合金半固態流變成形零件毛坯不但具有優良的力學性能。
北京科技大學
2021-04-11
高性能鋁合金架空導線材料與應用
項目成果/簡介:2018年國家技術發明二等獎電網是我國經濟發展的命脈，架空輸電導線作為電力輸送的“血管”是電網中用量最大、最關鍵的組成部分之一。導線的導電率每提升1%IACS，全國每年節約線損超70億千瓦時。特高壓、遠距離、大容量輸電和清潔能源利用的發展，對架空導線的導電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升導電率與同時提高強度和耐熱性之間存在矛盾，導致我國電網建設急需的特種導線難以滿足工程需求。上海交通大學孫寶德教授團隊與江蘇中天科技集團合作，經十余年研究，取得以下創新性成果：1.發明了耐熱高導Al-Zr-Y合金材料及微結構調控工藝，解決了耐熱相粗大和溶質鋯(Zr)原子析出不充分的難題，使導電率從60% IACS提高到60.8%IACS，耐熱溫度從150℃提高到210℃。研制的耐熱鋁合金導線電網改造工程中獲得大量應用，占國內耐熱導線40%市場份額；2. 發明了高強抗疲勞Al-Mg-Si導線，解決了強化相調控和超細夾雜去除的難題，顯著提高了材料的抗疲勞性能，在運行張力增大的條件下，振動疲勞壽命超過3000萬次。研制的特種大跨越導線和全鋁合金節能導線，占國內30%市場份額，特別是大跨越導線，幾乎包攬了國家電網大跨越工程；3. 發明了高效除氫、活性涂層陶瓷過濾和新型細化劑制備等導線冶金質量控制技術，解決了微量雜質元素與氣體去除的難題，實現了電工鋁導線的導電率從61%IACS提高到62.5%IACS以上，研制的新型節能導線在特高壓工程中獲得大量應用。上述成果依托國家973項目、國家自然科學基金、上海市節能減排專項等項目，共獲得19項中國發明專利，1項美國專利和25項實用新型專利，發表論文49篇。成果在特高壓電網建設、電網增容改造、新能源并網發電、電網領域節能減排中發揮重要的作用，并且出口到歐美及一帶一路沿線國家，海外累計架線超2萬公里，打破國際壟斷，成為中國制造和中國電力走出去的“國家名片”。導線性能測試實驗室超細夾雜物去除-現場試驗加拿大奧爾茲灣跨海大跨越——世界拉力最大的輸電跨越工程晉東南-南陽-荊門 1000kV 黃河大跨越知識產權類型:發明專利技術先進程度:達到國內領先水平成果獲得方式:與企業合作獲得政府支持情況:國家級計劃/專項類別:國家973項目、國家自然科學基金、上海市節能減排專項等
上海交通大學
2021-04-10
一種高溫合金機加工的輔助裝置
本發明公開了一種高溫合金機加工的輔助裝置，用于實現對高 硬度的高溫合金工件進行切削加工，屬于金屬切削加工技術領域，其 包括等離子加熱單元，夾持單元，切削力測量單元，以及測溫單元， 等離子加熱單元包括等離子發射噴頭，用于對高溫合金工件待切削位 置加熱以使之軟化而能進行切削加工；夾持單元包括多個夾持板，所 述夾持板相對安裝以用于夾持等離子發射噴頭；測溫單元中的測力儀 用于與高溫合金工件接觸以測量其被切削時候承受的切削力的大小； 測溫單元的紅外攝像頭用于測量被所述等離子發射噴頭加熱的高溫合 金工件待切削位
華中科技大學
2021-01-12
可吸收植入式鎂合金骨科固定器械
臨床廣泛使用的骨科固定器械材料以鈦合金、不銹鋼等惰性金屬為主，而現有可降解吸收材料（如聚乳酸、羥基磷灰石等）力學性能較差，無法對承受較大載荷骨創傷部位進行有效固定，應用范圍有限。但惰性金屬材料存在需要二次手術取出或永久保存在體內的問題。鎂合金被稱為革命性的植入材料，具有力學性能優異、生物相容性好、可在生理環境中降解吸收等突出的優勢。目前全世界醫用鎂合金研究者、以及美國FDA、中國國家藥監局、歐盟藥監機構等均普遍認為醫用鎂合金的發展已經具備進入臨床和實際應用推廣階段，且部分可吸收鎂合金骨科器械已進入臨床試驗階段。 本成果開發了系列化醫用鎂合金成分設計、組織與性能調控及其可控降解涂層技術。基于上述研究成果，研制的可吸收鎂合金骨科器械能在骨組織完成修復和再生過程后自行降解，降解產物鎂離子是人體必需元素，能促進骨組織愈合，也避免了需要二次手術取出帶來的痛苦和經濟壓力，臨床推廣便利，市場前景巨大，可適用于不同骨折內固定的各種結構形式骨釘、骨板等新產品。研究團隊在可吸收醫用鎂合金材料及其復合材料與保護涂層技術開發方面已申請了15項發明專利，從醫用鎂合金熔煉、成分設計、加工、表面可降解復合涂層、到骨科器械的結構優化設計等關鍵技術環節都有很好的發明專利保護。在已有的技術基礎上，可以快速形成所需結構形式的可吸收骨科器械進行動物、臨床實驗。
東南大學
2021-04-13
MC型多元低合金抗磨鑄鐵磨球
研發階段/n內容簡介：MC型多元低合金抗磨鑄鐵磨球是一種性能優異的抗磨材料。該技術是將幾種具有不同功能的合金對鑄鐵進行微量合金化，并采用特殊的變質處理技術和先進的激冷鑄造工藝，使生產出的鑄件具有生產成本低、生產工藝簡單、可靠，其材質具有韌性和高硬度，不易破碎且耐磨等特點，可采用沖天爐、電爐熔煉，材質不需熱處理，該材質廣泛用于磨球、襯板等易磨件。該產品僅用于建材、電力、選礦、化工等行業的磨球一項，國內每年消耗達100多萬噸。技術指標：材質硬度：HRC48-55；沖擊值：ak>5J/m2；破碎率：
湖北工業大學
2021-01-12
高強韌硬質合金工模具坯材
以自主開發的超細 / 納米 WC 類復合粉末為原料，基于目前國內企業常用燒結設備，開發出特色燒結工藝，制備出不同粘結相含量和晶粒尺寸級別、性能達到國際先進水平的系列超細晶硬質合金塊體材 料， 平均晶粒尺寸 200 － 500nm，硬度 HRA 90 － 93.5，斷裂韌性 12.0 － 20.0MPa.m1/2，橫向斷裂強度4500 － 5200MPa，性能得到國際著名硬質合金企業和國內權威資質機構檢測認定。利用真空燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結等技術，結合原料粒徑匹配和燒結工藝優化，制備出平均晶粒尺寸>8μm 的組織均勻、性能穩定的超粗晶硬質合金塊材，具有硬度 > HRA 90.0、斷裂韌性 >15.0 MPa.m1/2 的優良力學性能。
北京工業大學
2021-04-13