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湖南大学科技成果选编材料科学与工程类71材料科学与工程科研机构：快速凝固与喷射沉积实验室、材料测试研究中心、金属材料研究所、陶瓷材料研究所、新型炭材料研究所、材料物理研究所、先进材料研究开发中心。研究方向：喷射沉积成形；陶瓷材料；碳素材料；高分子材料；纳米材料；材料表面科学；计算材料科学；光电与信息材料；复合材料。微细金属粉末的雾化法制备技术项目内容：微细金属粉末是一种主要的基础工业原料，市场前景很好。研究一种高效率、低成本的微细金属粉末工业化生产技术，可以带来巨大的经济效益，并产生良好的社会效益。根据国家需要和市场需求情况，结合国家攻关项目的研究任务，研究者在世界上首次创立了多级快速凝固制粉理论和技术，并发明了一系列多级雾化制粉装置，能够大规模生产上百种非晶、准晶、微晶微细金属粉末。本技术的基本原理是：将金属液体用高速气流雾化，粉碎，形成微细液滴，经冷却、凝固，形成金属或合金粉末。该技术的特点是：粉末的冷速高，可达到期105~106K/S，粉末的最小平均粒度可达5~10μm,粉末形状为球形加类球形,粉末产率为1~5kg/min,可连续生产。与国内外其它雾化方法和雾化装置相比，本技术具有粉末粒度细、冷速高、生产成本低、系统能耗低、安全可靠、投资少、见效快等一系列优点。采用这类多级快冷装置能够大规模地制备上百种非晶、准晶、微晶粉末和粒度细达5~10微米的微细金属粉末。经应用研究表明，所制备的粉末的综合性能达到国内领先、国际先进行列。该技术可广泛用于生产高技术产业所需的各种铝、铜、银、锡、锌等金属及其合金的微细粉末。本项技术有四项鉴定成果，三项发明专利，先后两次被评为湖南省10大科技成果，并获国家发明三等奖、国家教委科技进步二等奖等多项奖励。该成果已实现产业化。应用范围：微细金属粉末可广泛用于粉末冶金、汽车、宇航、冶金、电子、化工、湖南大学科技成果选编材料科学与工程类72医药生物、环保、家电等高新技术领域。该成果已实现产业化。投资及效益分析：200万的投资可达到1000万的年产值，200万以上的利税。合作方式：技术转让或其他合作形式。喷射沉积铝合金及其复合材料的制备技术项目内容：汽车、交通、船舶、航空航天等领域急需大量高性能的铝合金及其复合材料。传统的制备技术已经逐渐难以满足日益提高的需求。喷射沉积技术是一种新型的高性能材料制备技术，在国外已经实现了产业化，创造了良好的经济效益和社会效益。国内在此领域还是空白。研究者发明了一项新型的喷射沉积技术一坩埚移动式喷射沉积技术，经过十余年的研究，目前该技术已经发展成为一种成熟的高性能铝合金及其复合材料生产技术。该技术的基本原理是：采用高速气流将金属或合金熔体雾化、破碎，形成微细液滴喷射流，这些液滴高速沉积在一沉积基体上，形成具有一定形状和组织特征的沉积坯。也可以在雾化过程中，通过一特殊的装置，将陶瓷颗粒加入到雾化锥中，和雾化液滴共沉积在基体上，形成复合材料沉积坯。喷射沉积坯可以进一步进行挤压成形或半固态加工，以制备出所需形状和性能的部件。目前，采用该技术已经能够批量生产Φ200~700×900~1200mm的铝合金及其复合材料圆锭坯和Φ外700/Φ内300×1200mm的铝合金及其复合材料管坯,材料的性能和本技术均居国际领先水平。本技术申报了4项发明专利，已经批准了2项，鉴定成果1项，获教育部科技进步奖1项。技术特点：沉积坯的冷却速度高，可达104K/s，组织细小；材料的氧化程度小；材料的力学性能优越；能够生产多种合金、金属基复合材料，双金属、多金属材料及摩擦材料等；工艺简单，操作方便，可一机多用，系统能耗低，安全可靠，可以迅速应用于商业化生产。应用范围：喷射沉积铝合金及其复合材料可应用于汽车、交通、船舶、航空、航天等领域。投资及效益分析：500~800万的投资，可以实现1亿以上的年产值，2000万以上的湖南大学科技成果选编材料科学与工程类73利税。合作方式：合作开发或技术服务。湖南大学科技成果选编材料科学与工程类74喷射沉积制备轧辊的技术项目内容：在轧钢工业中，大型轧辊的价格昂贵，且消耗很大，严重地影响了产品的生产成本。采用先进技术制造的轧辊，大幅度提高了轧辊的使用性能，是降低钢铁生产成本，提高竞争力的关键。而传统的轧辊制造技术已经难以满足需求。喷射沉积技术是一项新型的材料制备技术，具有冷速高（达103~104K/s）、组织均匀、细小、成分偏析小、性能高于铸造产品的优点，且工艺、设备简单。采用喷射沉积技术制造轧辊，或对磨损轧辊进行表面修复，可以显著降低轧辊的生产成本，提高轧辊的使用性能，延长轧辊的使用寿命。鉴于轧辊在钢铁工业及其它金属压力加工领域内的广泛应用和磨损消耗的现状，该开发项目将有广阔的应用前景。日本住友重工业公司已经采用Osprey工艺的喷射沉积技术和设备，建立了一个大型的喷射沉积轧辊制造工厂，生产出了数千只轧辊，创造了很好的经济效益和社会效益。欧洲也有两家公司生产喷射沉积轧辊。我国在此领域还为空白，市场前景很好。研究者长期从事喷射沉积技术的研究与开发工作，采用自行发明的多层喷射沉积技术已经能够批量生产规格为Φ300~700×900~1200mm的喷射沉积圆锭坯和Φ外700/Φ内300×1200mm的喷射沉积管坯,这就为各种规格轧辊的制造和修复提供了坚实的技术基础。只要能够投入部分资金，添置必要的合金熔炼系统，浇铸系统，并对一些关键工艺参数进行研究，就可以发展成为一项先进的喷射沉积轧辊制造技术，并可以建立起喷射沉积轧辊生产厂。应用范围：喷射沉积轧辊可应用于轧钢、有色金属加工等领域。投资及效益分析：投资500万，就可以解决喷射沉积轧辊生产技术问题，并建成年产200支轧辊的中试生产线，创造2000万以上的年产值，利税400万。合作方式：技术服务;合作开发或其他合作形式。湖南大学科技成果选编材料科学与工程类75高档轿车用高性能镁合金轮毂的研制与开发项目内容：将镁合金应用于汽车上，可以达到轻量化、高速、节能等目的。然而到目前为止，国内只有上海乾通汽车附件有限公司用德国技术为大众汽车公司的桑塔纳轿车配套生产变速箱壳体和壳盖，镁合金的用量仅为8.5kg/辆，而国外汽车的镁合金用量平均为40kg/辆。可见我国镁合金在汽车行业中有广阔的应用市场，发展潜力巨大。本项目针对高档轿车用高性能镁合金的加工成形技术进行研究，采用喷射沉积技术制备具有微晶组织的合金坯件，再通过半固态加工技术或对沉积坯进行锻造，来制备高性能的汽车轮毂。喷射沉积技术是一种新型的材料制备技术，可以制备出微晶镁合金坯件，具有这种组织的材料的加工性能和力学性能优异，且适合于进行半固态成型或直接进行锻造成型。该工艺的技术含量高，国内外尚未见该方面的研究报道。本项目的完成必将推动我国镁合金的广泛应用，对高新技术产业产生深远的影响。研究者长期从事喷射沉积技术及其材料的研究和开发工作，采用自行发明的多层喷射沉积技术已经能够批量生产规格为Φ300~700×900~1200mm的喷射沉积圆锭坯和Φ外700/Φ内300×1200mm的喷射沉积管坯,材料的平均晶粒尺寸最小可达10μm；研究过多种铝合金、镁合金的喷射沉积制备工艺和喷射沉积坯的半固态加工技术，解决了一系列关键技术问题。只要能够投入部分资金，添置镁合金专用熔炼系统，进一步完善关键工艺，就可以发展为一项成熟的高档轿车用高性能镁合金轮毂生产技术。应用范围：高档轿车和其它交通车辆。投资及效益分析：需投资100万元，就可以研究出成熟的高档轿车用高性能镁合金轮毂生产技术。项目完成后，可建立起大型的高档轿车用高性能镁合金轮毂生产厂。合作方式：技术服务，合作开发或其他合作形式。喷射沉积高性能镁合金及其复合材料的研究与开发项目内容：镁合金具有密度小，比强度和比刚度大，能承受较大的冲击和振动载荷，湖南大学科技成果选编材料科学与工程类76易切削，耐碱和油等一系列优点，具有广泛的应用前景。通过在镁合金基体中添加增强相陶瓷或纤维则可以显著改善合金的强度、刚度、抗蠕变、耐磨损、低密度、控膨胀性能。颗粒增强复合材料具有生产工艺简单、原料充足、成本低、性能优异的优点，是近年来复合材料研究的热点方向。镁合金及其复合材料的应用范围目前已遍布于汽车、家电、航空航天及其它民用高技术领域，应用前景十分广阔，市场容量大。本项目以研究者自行发明的坩埚移动式喷射沉积技术为依托，制备高质量的镁合金及其陶瓷颗粒增强的复合材料坯件，再通过挤压、轧制、冲压等技术制备最终产品。研究者采用自行发明的喷射沉积技术及装置，已经能够批量生产多种铝合金及其复合材料的管坯和实心圆锭坯。这些材料经过后续挤压加工后，性能达到了国际领先水平。此外研究了镁合金及其复合材料的喷射沉积工艺和材料的组织特征。只要能够投入部分资金，添置镁合金专用熔炼系统，进一步完善喷射沉积工艺，研究沉积坯的后续加工工艺问题后，就可以发展为一项成熟的镁合金及其复合材料生产技术。研究者拥有的喷射沉积技术居国际先进、国内领先水平。应用范围：汽车、家电、航空、航天及其他民用高技术领域。投资及效益分析：项目需投资100万元，主要用于完善工艺、设备，进行中试。项目完成后，可在省内建立一个大型的喷射沉积高性能镁合金及其复合材料生产基地，创造良好的经济和社会效益。合作方式：技术服务，合作开发或其他合作形式。压铸镁合金在汽车工业中的应用项目内容：镁合金因具有密度小，比强度、比刚度高，机加工性能优良，减振性优异等一系列优点，具有广泛的应用前景，尤其是在汽车工业领域。由于镁合金具有低密度，低熔点，低动力学粘度，低比热容，低相变潜热吸以及与铁的亲和力小等特点，使其更具有熔化耗能少、充型速度快、凝固速度快、实际压铸周期短，模具使用寿命长等优点，极适合采用压铸技术进行成型加工，直接制备出薄壁和具有复杂形状的零部件，从而达到替代钢、铝合金、塑料，而实现产品轻量化的目的。我国镁合金压铸的产业化还刚刚起步，到目前为止，国内只有上海乾通汽车附件有湖南大学科技成果选编材料科学与工程类77限公司用德国技术为大众汽车公司的桑塔纳轿车配套生产变速箱壳体和壳盖，镁合金的用量仅为8.5kg/辆，而国外汽车的镁合金用量平均为40kg/辆。可见我国镁合金在汽车行业中有广阔的应用市场，发展潜力巨大。课题组组长陈振华教授于1998.10~1999.10在日本东京工业大学做访问学者期间，就镁合金的多种制备技术进行了广泛的研究，取得了重要成果。回国后，对镁合金继续进行了研究。目前我校金属材料研究所已经建成了一个大型的实验室，拥有多种先进镁合金、铝合金及其复合材料的制备手段，设备齐全，并就镁合金开展了广泛的研究。因此，本项目具有良好的研究基础。若能投入部分资金，对压铸设备和压铸工艺进一步开展研究，则有望将这一技术发展成熟，并可以将该成果转化为生产力，创造良好的经济效益和社会效益。应用范围：汽车、家电、船舶、建筑、航空、航天等领域。投资及效益分析：投资100万，就可以解决镁合金压铸生产过程中的关键技术及设备问题。研究成果可以迅速转化为生产力。合作方式：技术服务，合作开发或其他合作形式。携带电器壳体材料的镁合金成形研究项目内容：镁合金具有热传导能力高、防辐射和抗干扰的特点，可广泛用作笔记本电脑、壁挂式电视机、手机、录像机壳体材料，代替目前使用的铝和塑料。目前该类产品通常采用压铸法和挤压铸造法生产，但生产出的镁合金铸件气孔率高、凝固收缩严重、致密度低、易腐蚀，从而严重影响了薄壳件的综合机械力学性能，甚至导致铸件报废。本项目针对携带电器壳体材料的镁合金成形技术及工艺进行研究，采用半固态注射成形技术生产携带电器壳体材料，探索成形工艺条件与合金性能和质量的内在联系，并研制和设计具有我国特点的镁合金半固态注射成形机和成型模具。采用该工艺生产的镁合金铸件，气孔率明显降低、耐蚀性增强、凝固收缩明显减少、成形不易裹气，使铸件致密、晶粒细小、无宏观偏析。此外，半固态金属成形速度高，且易于近终型成形，零件尺寸精度高，机加工量减少，模具寿命延长。半固态金属易于搬运和输送，为连续高效的自动化生产创造了条件。在节省能源、保护环境方面也较传湖南大学科技成果选编