新结构材料与智能化加工技术科技创新平台

附件2：新结构材料与智能化加工技术科技创新平台平台名称：新结构材料与智能化加工技术负责人：邹增大项目年度投资：500万元领导小组成员：邹增大李木森边秀房赵国群王成国武传松王同海李术才一、2006年度建设成效概述2006年完成了“材料加工工程学科”山东省”十一五”重点学科建设项目申报,并被批准,为申报国家重点学科打下基础，完成了“材料加工工程学科”山东省泰山学者特聘教授岗位的申请，并获批准。在队伍建设中，新增长江学者1名，国家杰出青年基金获得者2名，国家百千万人才工程第一、第二层次入选者1名，教育部新世纪优秀人才1名，新增博士（后）12人。2006年共毕业本科生365名，硕士生58名，博士生22名。派出青年教师23人次到国外进行进修、合作研究。在国内外学术刊物上发表论文397篇，其中被SCI收录112篇，EI收录104篇，出版著作10部，获国家发明专利14项，获省部级以上奖励5项。新增超高真空磁控与离子束联合溅射设备等大型设备5台（套）。实到科研经费1731万元，圆满完成2006年计划任务。获国家杰出青年基金资助2项，国家自然科学基金重点项目2项，国家自然科学基金资助5项，国家863子课题1项，国家军工项目2项，山东省计划攻关项目12项，山东省自然科学基金7项，山东省中青年科学家奖励基金8项。完成国家“863”课题1项、国家自然科学基金重点项目1项、国家自然科学基金项目4项、省部级科研项目14项。举办国际学术会议1次。新增山东省工程技术研究中心1个。购置外文原版图书19万元。积极开展与国内外知名的大学和学术机构进行合作研究，促进学术交流，多次邀请美国、韩国、日本及国内知名大学和研究机构的学者来校讲学和访问。二、2006年度学术成果（一）学术研究进展综述1.材料液态结构及其遗传性研究方向（1）在国家杰出青年基金及相关学术研究方面有新的突破提出了制备Al-P合金的新工艺，实现了磷的有效输入和AlP形貌的控制，发明了系列Al-P富磷合金,在工业条件下制备的Al-P富磷合金的含磷量可达5%;磷-铝系列富磷合金产品对共晶型铝-硅系活塞合金进行处理，可显著提高零件的强度、耐热性能、耐磨性能和体积稳定性等,目前已在全国十四个省和直辖市的几十家铝加工企业应用,应用结果表明，本发明产品具有变质效果稳定、磷可定量控制、加入过程无污染和应用综合成本低等优点，提高了产品的成品率，改善和稳定了铝制品的质量和使用性能;本发明产品取代了赤磷和磷盐变质剂，避免了变质处理过程中五氧化二磷有毒气体的排放，取得了显著的社会效益，并获国家杰出青年基金资助。（2）完成国家自然科学基金重点项目一项确定了金属熔体脆性的表征方法,建立了熔体脆性相关理论的数学表达式,为研究玻璃转变本质和判断玻璃形成能力提供了新的思路;发现了过冷液体脆性与金属玻璃固体热膨胀性能之间的密切联系,为深入理解脆性本质及金属玻璃的形成提供了帮助;研制出了一系列新型的Sm,Gd基大块金属玻璃和Al基非晶合金,该系列合金作为功能材料具有一定的应用价值。（3）新型轻质合金研究有新进展研制出了新型的Al-Mg轻质合金，与现有的同类国家标准为GB/T1173-1995ZL303合金相比，其力学性能提高２０％,轻量化使其在汽车工业领域表现出广阔的应用前景。（4）中日合作有新突破与日本小松集团合作研究解决球墨铸铁缩松问题，建立了石墨球形核率与碳当量和冷却速度相关联的模型，扩展了石墨球形核率模型的适用范围;对石墨球长大模型进行了改进;在此基础上，将凝固过程中石墨的膨胀作用折算为压力，与液态金属的静压力一起引入到缩松预测过程中，得到了球墨铸铁缩松预测的新模型——RGP/，提高了球墨铸铁的缩松预测准确性。2.材料塑性成型与智能化设计方向（1）完成了复杂结构产品的快速成形技术与模具制造工艺研究，建立了系统规范的快速成型与制造工艺技术规程和产品质量保证措施，确保了复杂件快速原型的精度和外观质量，大大缩短了新产品的开发周期。通过工艺、材料、参数研究与实验，建立了硅橡胶模具、真空注型树脂产品的工艺技术和产品质量保证措施，有效解决了精细、薄筋、薄壁型腔等结构件快速模具和真空注型等复杂产品的制造难点。建立了硅橡胶材料制作硅胶模的具体工艺及提高制模质量的方法，研究了材料成份配比、混合搅拌工艺、真空度控制、固化规范等，实现了国产硅橡胶替代进口硅橡胶，降低了制造成本。研究成果达到国际先进水平。（2）完成了产品/模具快速设计与制造成组技术及其关键工艺的应用研究。以快速原型与快速模具技术为核心，集成系列单元技术，研究构建了产品模具快速设计与制造系统，将以往的分段式设计技术集成到产品/模具设计的全过程，可显著提高产品模具的开发速度。近年来已经为山东及其附近省市许多企业开发了很多新产品，已经显示了本项目技术的推广应用前景，可适用于机械、汽车、摩托车、家电、电子通讯、园林、玩具、制鞋、厨房器具等领域新产品的开发设计与样件制造，研究成果达到国内领先水平。（3）主持完成了金属塑性成形过程微观组织模拟与工艺参数的优化设计。在对金属塑性成形宏观和微观变形机理深入研究的基础上，集成运用了灵敏度分析方法和遗传算法，组建了金属塑性成形过程微观组织模拟优化体系，开发了集热力耦合有限元数值模拟与基于灵敏度分析方法和遗传优化算法的金属塑性成形过程微观组织优化软件系统，为精密成形制造提供了强大的设计、优化和验证手段，该项研究成果达到国际先进水平（4）完成了真空管太阳能热水器三维变量化设计及其性能分析系统研究。从太阳能热水器的性能分析、设计建模、有限元结构分析等出发，建立了真空管太阳能热水器热效率模糊神经网络预测模型，实测值与预测值吻合性较好。提出了真空管太阳能热水器参数化设计方法，并开发了相应的软件，提高了设计效率。采用有限元结构分析技术，研究了太阳能发电钢架系统在风载和自重条件下的结构变形，实现了结构设计优化。研究成果已成功应用于企业新产品设计，开发的新产品应用前景良好，市场效益巨大。该项目研究成果的创新性和先进性突出，研究水平达到国际先进水平。（5）开展了国家重点基金项目：“高压大流量岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报和治理（50539080）”室内和现场大量研究研究，在现场地质调查、地质构造及岩溶发育规律、物探方法的理论研究、仪器及软件改进研究和工程应用与验证等方面取得重要进展。在2006年底在武汉召开的国家自然基金重点项目验收会上得到很高评价。在实际工程施工中多次预报成功岩溶和裂隙水，避免了多次工程灾害。可以说这是我国在修建岩溶隧道或水电站输水隧洞过程中取得的重要的成果，找到了预报岩溶水和溶洞的可靠有效方法。建立了综合地质和物探相结合，长短结合，洞内洞外相结合的预报方法。3.材料连接技术与智能化控制研究方向（1）主持完成教育部科学研究重点项目“M-KPAW高效焊接工艺机理与参数优化的研究”，研制出M-KPAW高效焊接工艺试验设备，对中厚板在不开坡口的情况下可一次焊透，焊缝深宽比大（图1）。建立了M-KPAW高效焊接的热源和力源模型，充分考虑等离子弧对熔池的“挖掘”作用和沿工件厚度方向的加热特性，分析了小孔等离子弧焊接温度场，对M-KPAW焊接工艺参数进行了优化（图2）。研究结果发表于WeldingJournal、金属学报等国际国内重要刊物。图18mm厚不锈钢焊缝横断面宏观照片-12-10-8-6-4-2024681012-11357911ExperimentalPredictedz(mm)x(mm)(a)计算结果(b)计算结果与测试结果的比较图2等离子弧焊缝尺寸形状的计算与测试结果（2）系统地开展了双熔敷极单弧焊接技术研究。在双熔敷极焊条电弧焊研究方面取得了突破，完成了45吨双熔敷极焊条油压涂料机，研制出石墨型双熔敷极焊条。研制出适于双丝单弧气体保护焊的焊枪，并实现了双熔敷极气体保护焊。（3）材料料表面改性研究方面取得了较大的进展，利用激光熔覆方法，采用原位合成技术，在低碳钢表面制备出耐磨性高、抗裂性优异的TiC、TiC-VC、TiC-TiB2颗粒增强Fe基、Ni基复合材料表面层。利用氩弧原位合成技术，制备出多层TiC颗粒增强Fe基表面复合层。激光Fe基非晶表面涂层的研究也取得了较大的进展，在45钢表面已制备出Fe基非晶层。（4）开展了异种金属的连接的研究，发现高强异种钢熔合区宽度仅为几十m，偏焊缝侧的针状铁素体(AF)组织相互交织分布，针状铁素体晶内存在着高密度位错（约1.2×1010/cm2），位错网互相缠结。研究了高强异种钢焊接熔合区裂纹形态以及显微组织、精细结构和位错等晶格缺陷的聚集、运动对熔合区微裂纹萌生、扩展及断裂的内在影响，揭示了裂纹扩展路径与应力分布的关系。在国内外学术刊物上发表论文17篇，其中被SCI收录9篇，EI收录17篇，出版著作3部，获国家发明专利1项，获教育部自然科学一等奖1项，完成国家自然科学基金1项，获山东省博士点基金资助1项。4.新结构材料研究方向（1）国家“863”项目“碳纤维用PAN原丝工艺与性能相关性研究”通过科技部组织的专家验收，利用自主开发的原丝研制的碳纤维主要性能指标超过日本T300碳纤维的水平，该项目的完成对于满足我国军工国防和民用领域对碳纤维的迫切需求具有重要意义。在此基础上，承担国家“973”子课题“PAN纤维有机—无机转化过程中的结构变化与性能的内在关联”中HRTEM纤维结构研究和国家自然科学基金项目“PAN原丝在预氧化和碳化过程中的结构演变”，为研制更高性能的碳纤维奠定理论基础。先后开发了碳纤维发热材料，碳纤维复合材料轴，碳纤维复合材料刀片，汽车油箱用碳纤维复合材料支撑体，碳纤维复合材料滑板等制品，其中“高速电力机车用碳纤维复合材料受电弓滑板的研制”列入2006年国家“863”项目。碳纤维复合发热体及应用项目获2006年山东省科技进步二等奖。（2）高温陶瓷电热材料研究取得重要进展，通过微/纳米粉共混技术实现元件1300℃左右致密烧结（致密度≥94％），有能力制备500mm以上不同规格的等直径型铬酸镧发热元件并正在研制更大尺寸的元件。“掺杂铬酸镧电热材料的低温致密化工艺”获得山东省科技进步二等奖，其独到之处是通过溶胶-凝胶法合成掺杂铬酸镧超细粉体，实现了该材料的低温致密烧结，得出纳米粉体来源于纳米厚度凝胶膜碎化的观点，并从晶体化学角度阐明了掺杂促进低温烧结的原因。（3）利用碳纳米管和羟基磷灰石的特性开发新型的生物材料，深入研究了CNT/HA生物材料的吸附强化机制及其吸波后的热效应，解释了碳纳米管吸附层结构的形成与控制问题，探讨了新的生物材料强韧化机制。研究发现HA在CNT上的生长并非是单纯的物理吸附过程，相互间还存在化学键力，CNT/HA复合材料在微波作用下具有明显的热效应，吸收微波而产生温升的能力远好于铁氧体，在动物离体组织温升不显著的情况下，材料温度高达45℃,具有明显的微波控制下的靶向热疗功能。（4）金刚石等超硬材料研究方向取得了重要的进展，与邹城市政府联合建成的山东省超硬材料工程技术研究中心顺利运行。在粉末冶金铁基金刚石催化剂、半导体金刚石单晶、高性价比优质金刚石圆锯片和氮化硼纳米管的制备技术和产品开发方面形成了鲜明的特色和技术优势。（5）成功地研制了新型高温硫化硅橡胶，获2006年山东省技术发明二等奖。本项目采用独特的配方体系，通过形成有效的集中交联结构，对高温硫化硅橡胶的配方组成和加工工艺进行了创新研究，提高了高温硫化硅橡胶机械性能和老化性能。所制得的新型高温硫化硅橡胶，在保持相应硬度和定伸强度的情况下，过氧化型高温硫化硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度分别比通用配方高温硫化硅橡胶增加15%和12%；加成型高温硫化硅橡胶的拉伸、撕裂强度分别比通用配方增加11%和10%。特制配方的样片具有良好的抗热空气老化性能和耐热性能。过氧化型样片在250℃热空气中老化24小时后仍具有较高的强度和600-700%的伸长率。本项目提高了硅橡胶的机械性能和热稳定性，延长了硅橡胶的使用寿命，并丰富了硅橡胶增强和耐热机理，具有重要的应用价值和理论研究意义。（二）新立项的主要科研项目1.刘相法.其它金属凝固与结晶理