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[成果] 1800140165 河南
TG316 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:全球能源不足和环境恶化问题日益严峻,迫切需要开发新能源,调整能源结构。中国电力结构极不合理,大规模煤炭燃烧不仅造成严重的环境污染,已经严重威胁到国民经济的可持续发展。为满足中国能源需求,缓解环保压力,核能作为清洁、高效、安全的绿色能源,中国将大力发展核电作为中国能源战略的重要部分。随着核电站发电功率增大及安全系数的不断提高,对其基础零部件(核电大锻件)的要求也越来越高,制造难度越来越大。200~500t级的超大型锻件制造技术和生产能力,已成为制约全球核电高速发展的瓶颈。 项目以核电装备对大锻件的需求为牵引,经过系统研究核电大锻件的制造技术,充分利用现有的大型铸锻件加工设备、有限元模拟分析技术、大型钢锭偏析控制技术、异型件锻造成型技术、大型铸锻件热处理技术和相关生产经验,综合分析高温气冷堆核电锻件的材料成分、冶炼、锻造、锻后热处理和性能热处理的工艺特点,通过研发创新,优化制造工艺,成功开发出高温气冷堆核电大锻件的精密热加工技术,形成了技术规范。按照技术规范所生产的核电锻件的性能指标达到国际先进水平。
[成果] 1800140081 浙江
TG249 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:该项目针对铸件近净成形技术展开,以铁型覆砂铸造技术为依托深入研究,开发铸件近净成形铁型覆砂铸造新工艺,研制各类铸件的专用成型工艺模型和工装模具,以及一系列的专用生产设备,形成适用自动化生产要求的设计和制造规范及流程,研制集光、机、电,气一体化的全自动生产线。 (1)近净成形铁型覆砂铸造工艺研究,重点开展铸件冷却速度与覆砂层厚度、铁型壁厚及铸件壁厚之间的关系研究,并通过仿真模拟计算获得较为准确的设计参数,对工艺进行设计优化,确保铸件充型、凝固和冷却在一个比较理想的条件下完成,保证铸件质量。 (2)开发了适用近净成形铁型覆砂铸造生产的专用成套设备,在现有生产线的基础上研发与提升,并面向企业的需求,开发自动化化程度更高、运行更稳定的自动化生产线。 (3)铁型免信号精确输送技术研究,采用可编程控制器内部计算程序替代铁型输送轨道上众多位置检测信号,避免了信号过热、损坏、尘土遮蔽等引起的故障,大大地减少了故障率,降低了安装及维护成本,使输送性能更加稳定可靠。 复杂铸件近净成形铁型覆砂铸造关键技术及装备项目的成果,已在全国近40多家企业应用,复杂铸件近净成形铁型覆砂铸造生产技术大大提升了铁型覆砂铸造生产的铸件质量水平,促进了这一节能、环保的先进铸造技术的应用拓展,推动了传统铸造产业的转型升级,具有显著的社会效益。 项目采用计算机建模分析和实验验证结合的研究方法,确立了铁型覆砂铸造数值模拟及参数,可用于指导近净成形铁型覆砂铸造生产。研究开发了适用于近净成形铁型覆砂铸造生产的铁液过滤净化技术、铸型成型精度控制技术,包括工装设计、覆膜砂材料、覆砂造型工艺和涂料等一系列工艺规范;研制开发了铸件近净成形铁型覆砂铸造自动化生产线及配套装备,实现了曲轴、曳引轮和泵体等铸件的大批量近净成形铁型覆砂铸造生产,在40余家企业推广应用,实现了产业化,具有节能、节材、绿色等优势。项目获得专利40余项(其中授权发明专利12项),在近净成形铁型覆砂铸造工艺和生产线装备等方面有重要突破和创新,技术达到了国际先进水平。
[成果] 1800140376 贵州
TG319 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:GH4169合金在-253℃~700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下屈服性能居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能,能够制造各种形状复杂的零部件。由于具有上述特性,该合金锻件广泛应用于航空、航天、燃气轮机、核电、石油化工等行业。该合金生产工艺复杂,质量控制困难,经过广大科技人员的努力,掌握了该材料的特点,制定了自己的工艺路线和生产技术,现在生产的GH4169合金质量稳定,生产工艺成熟生产出的材料和锻件能够满足美国航空材料标准的要求,达到了国际先进水平。 与技术进步及生产发展相比,中国在相关标准研究方面却相对落后,在国家标准《GB/T 30566-2014GH4169合金棒材、锻件和环形件》发布实施之前,中国没有专门针对GH4169合金锻件的国家标准,而国外已陆续制定一些国家标准,如:SAE AMS 5662M-2004、SAE AMS 5663M-2004等。 该标准在消化吸收美国标准SAE AMS 5662M-2004的基础上,结合中国企业的技术水平和现有生产状况进行转化。并规定了合金的冶炼方法,增加了Laves和针状相的检查方法,并对闪光焊接环件的的质量进行了要求。 该标准规定了GH4169合金棒材、锻件和闪光焊接环形件的技术要求、质量保证规定、交付条件、确认、拒收、采购订单及质量证明书等要求。自从2014年12月1日实施以来,对于指导锻造行业的生产具有较大的参考价值,促进国内GH4169合金棒材、锻件和环形件制造技术水平的提高,为GH4169合金棒材、锻件和环形件的应用研究提供技术支撑。
[成果] 1800140016 江苏
TG316 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:精密成形技术是国家“十一五”到“十三五”产业政策重点发展的战略任务。精密锻造作为一种高效节能的关键零部件精密成形技术,对提升汽车、航空航天等支柱产业的技术水平和市场竞争力具有重要作用。 项目组针对中国传统锻件成型技术和生产的弊端,在国家、省级项目的支持下,对中空薄壁件冷温复合锻挤精密高品质成形关键技术与装备进行了系统而深入的研究,取得了如下创新成果: (1)设计开发了系列中空薄壁件多工位冷温复合锻挤精密成形工艺,形成了成型工序变形量及预成形件形状尺寸协调分配技术,揭示了多工步锻挤过程材料变形行为及组织演变规律,实现了中空薄壁锻件形/性协同控制,使其尺寸精度(7级)及综合性能达到国际同类产品先进水平。 (2)开发了基于弹性变形补偿的中空薄壁件模具结构设计新技术,保证了锻件的尺寸精度,创新设计了系列中空薄壁件冷温复合锻挤新模具,开发了多重套瓣合模具结构和新型的分段式模具结构。 (3)开发了冷温复合精密锻挤模具激光冲击强化延寿技术,提出了分区选择性激光冲击强化模具新工艺,获得了不规则表面、沟槽、孔边等复杂型腔和细节表面的强化方法和规律,使锻挤模具使用寿命提高了50%以上。 (4)设计了基于PLC控制的多工位冷温精密锻挤成形装备,形成了中空薄壁件精密锻挤成形生产线的集成控制和各单元的优化匹配,建成了国内首条中空薄壁件柔性智能冷温复合锻挤精密成形生产线,生产节拍达10~25秒/件,能耗降低20%以上,材料利用率达85%以上,达到国际先进水平。 项目成果获授权发明专利15件,发表学术论文6篇,培养博士、硕士研究生6名。专家鉴定和科技查新表明,主要技术和性能指标达到了国际先进水平。由江苏威鹰机械有限公司全面应用,并推广到南京冠盛汽配有限公司、宁波万航实业有限公司、襄阳汽车轴承股份有限公司等企业,近三年累计新增销售260649万元,利润24617万元,税收17417万元,取得了显著的经济和社会效益,促进了锻压行业的发展和技术进步。
[成果] 1800140160 四川
TG316 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:火电设备用关键大型铸锻件系列标准研究及提升项目,是发电设备大型铸锻件产业基础 技术与关键共性技术提升的核心任务,利用标准化手段助力“供给侧改革”,以支撑稳定工 艺技术和大型铸锻件产品质量升级的重大举措和具体实践。 几十年来,大型铸锻件作为发电设备的核心基础零部件,直接影响发电设备的自主化率 高低,其质量水平是发电设备的可靠性和发电效率的关键因素,决定着发电设备的进步和发 展。在中国发电设备的技术引进、国产化、自主化进程中,大型铸锻件发挥了重要的支撑作 用。与此同时,发电设备用大型铸锻件产品种类繁多,材料多样,性能要求高,制造难度大, 一直以来都是国家发电设备主机企业和大型铸锻件制造企业关注的焦点。《中国制造2025》 也指出“工业四基”等工业基础能力薄弱,是制约中国制造业创新发展和质量提升的症结所 在,要统筹推进“四基”发展,加快实施对标达标,提升基础产品的质量、可靠性和寿命。 总体来讲,中国发电设备用大型铸锻件行业标准经历了四个发展阶段,70年代到80年代中期引进采用苏联标准,80年代中期90年代中期引进美国西屋公司标准,90年代中期至2000年引进三菱、东芝及西门子等公司标准,形成了多条设计及制造工艺路线并存的局面。导致产品制造成本居高不下,产品走向世界受到限制,质量提升受到很大局限,由于没有自主化标准,火电设备的国产化设计缺乏依据,直接影响着中国火电设备制造的自主化和走向国际化。 近年来,随着科技进步,传统发电设备的技术提升和新兴发电设备的发展成熟,要求发 电设备用大型铸锻件提供强有力的支撑,急需统筹开展标准的研究和成套成体系自主化和升 级制修订工作。 该项目在研究火电设备的新技术、新需求和其关键大型铸锻件制造技术进步的基础上, 结合对系列标准的研究成果,成套成体系地开展标准制修订升级工作。项目完成了对火电设 备关键大型铸锻件系列标准的制定和升级工作,共15项标准,形成了中国火电设备关键大 型铸锻件的自主化完整的标准体系,填补了国内空白,为火电设备设计与制造自主化提供了 重要依据和基础。主要涉及汽轮机转子锻件、缸体铸件和汽轮发电机转子锻件等关键材料和 铸锻件。 该系列标准的技术进步主要体现在:力学性能做较大调整和优化,与中国材料体系 更加协调;化学成分控制更加严格,大幅减少了钢中的有害化学元素,提高材料的纯净度;增加新材料,淘汰落后材料;提高材料内部质量要求,提高材料可靠性;并规定采用先进的 设备,优化了制造工艺,提高可操作性,大幅提升了生产效率,降低成本;根据新需求,新 标准代表了该领域相关大型铸锻件的国际先进水平。项目还形成了大型铸锻件标准、材料、 力学性能评价等基础研究材料,为行业材料和标准的协调进步提供了重要依据。 火电设备用关键大型铸锻件系列标准制定升级后,实现了对25MW 到1000MW 各个 容量等级火电设备用转子和缸体核心铸锻件的覆盖,技术先进、合理,条款表述规范,可操 作性强,与中国材料体系融合度更高。新版系列标准,整体达到国际先进水平,对推动规范 行业生产、推动技术进步和提升产品竞争力作用重大。一方面,标准体现了行业近十年综合 技术进步,推动了大型铸锻件标准与中国材料体系的融合,在规范行业生产的同时,促进科 研成果和技术进步的共享,推动企业对制造工艺、技术文件进行优化升级。另一方面,标准 促进了产品的质量水平提升和成本降低,有效支撑整机发电设备升级的同时,提升了国内产 品的市场竞争力,对火电设备用关键大型铸锻件的自主制造、走向国际供应起到了重要基础 支撑作用,产生了巨大的经济效益和社会效益。
[成果] 1800140350 山东
TG25 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:据统计,中国仅在冶金、建材、建筑、机械等行业生产的卷筒年市场需求量达150万件,约128万吨,其系列产品达到150多种。随着中国起重设备的迅速发展,市场需求量约以20%的速度递增。现如今卷筒在结构上可分为长轴卷筒和短轴卷筒;按制造方式,可分为铸造卷筒和焊接卷筒;按卷筒的筒体表面是否有绳槽,可分为光面和槽面卷筒;按钢丝绳在卷筒上卷绕的层数,可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。一般起重机大多采用单层缠绕卷筒,多层缠绕卷筒用于起升高度特大,或要求机构紧凑的起重机。单层缠绕卷筒的筒体表面切有弧形断面的螺旋槽,以增大钢丝绳与筒体的接触面积,并使钢丝绳在卷筒上的缠绕位置固定,以避免相邻钢丝绳互相摩擦而影响寿命。多层缠绕卷筒的筒体表面通常采用不带螺旋槽的光面,筒体两端部有凸缘,以防止钢丝绳滑出,光面卷筒在使用过程中钢丝绳容易产生跳绳、叠绳等现象,使钢丝绳卷绕排列杂乱无序,上层钢丝绳容易嵌入下层钢丝绳的缝隙中,导致钢丝绳产生积压破坏,严重影响钢丝绳的使用寿命及起重机运行的平稳性和安全性。所以近年来逐渐被各种绳槽卷筒所取代。 国内使用的卷筒主要有光面单层卷筒和少层螺旋卷筒,而国外多采用结构紧凑、安全性好的折线(或称Z型、利巴斯型)卷筒。但由于折线卷筒加工难度大、需大型数控机床、投资大,加工效率低,成本很高,推广应用困难,国内应用较少,对于必须用的则只能通过进口解决。最近,国内有关研究机构及企业通过对普通大型机床的改造及加工方法的改进等制造折线卷筒,虽已取得了一定成果,有的也已经申请了专利,但其效率仍较低、成本较高,推广应用难度较大。 折线螺旋线双复合球墨铸铁卷筒不仅能够提高卷扬减速机的工作效率,而且使用寿命较长,能为客户生产降低成本,与普通卷筒相比具有明显的市场价值优势。由于折线、螺旋线双合高强度耐磨铸造球铁卷筒进行技术改造,使产品提高生产率30%,降低生产成本,增加了社会效益,且该产品对客户的利益和对国家能源的节约都是很可观的。该项目的实施对企业的发展、对客户的利益和对国家能源的节约都是很可观的,而且整个球铁处理生产过程中无污染物产生。因此,该项目具有很高的推广应用价值,并能产生显著的社会和经济效益。 该项目采用了独特的设计技术和铸造工艺: (1)国内首创采用螺旋线、折线绳槽双复合铸造技术。钢丝绳缠绕时,一弥补了单纯螺旋线卷筒钢丝绳排绳层数少的问题,使钢丝绳的卷扬扬程提高了3倍以上;二解决了单纯的螺旋线卷筒钢丝绳跨绳时产生的磨绳及咬绳问题。钢丝绳的使用寿命由原来的700小时,提高到了2000小时以上。客户的使用成本降低了60%以上。 (2)采用表面合金化技术提高耐磨性,使铸造绳槽表面硬度达到了HB280-300,提高了产品的耐磨性,降低了卷筒的磨损,使卷筒质保期达到了36个月以上(原来质保期12个月)。 (3)产品采用电炉冶炼和热处理技术,产品性能稳定,成分稳定,通过加入铜、锑等微合金元素,提高了产品的抗拉强度和冲击韧性。 产品材质为:QT500-7(GB/T1348-2009),经过产品的检验均优于技术指标要求,抗拉强度为600MPa以上,屈服强度为340MPa以上,延伸率为8.5%以上。
[成果] 1800290157 上海
TF777.2 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:钢铁是应用广泛的结构材料。连铸由于高效节能等特点,成为钢铁生产的主流工艺。由于柱状晶发达等原因,连铸坯存在严重的宏观偏析和轴线缩孔等缺陷,大大影响了钢材成分和组织均匀性,并进而影响了最终产品性能均匀性和质量稳定性。为了减小宏观偏析和轴线缩孔所造成的危害,不得不对铸坯进行大尺度变形加工以及长时间高温退火,造成很大的能源和材料浪费。 针对凝固均质化问题,冶金界先后开发出连铸坯凝固末端轻压下和末端电磁搅拌等技术。但是,实际生产中随着钢种的改变、浇钢温度和冷却条件的波动,铸坯凝固末端位置很难稳定,导致这些技术处理效果不稳定,并常常产生内裂纹和带状偏析等新的缺陷,因此,凝固均质化至今仍是国际冶金界产品质量提升的瓶颈。 主要成果和创新点: (1)理论突破:发现脉冲电流理想作用时间是金属液形核阶段,有效位置是固液界面附近,提出了“电致过冷+结晶雨”理论,揭示了脉冲电流细化金属凝固组织的机制和条件(ACTA Materialia,2007,55(9):3103-3109); (2)核心技术:在理论突破指导下,发明了将脉冲激励电流非接触导入固液界面前沿的凝固均质化新技术-脉冲磁致振荡(简称“PMO”)凝固均质化原创技术; (3)支撑装备:围绕核心技术应用需求,研制了2个关键装备。①电流峰值和脉宽可调、抗电磁干扰、适于连铸高温高湿环境的“PMO”电源;②具有聚磁、冷却和隔热保护等功能的PMO感应线圈。终于形成了将“PMO”应用于连铸生产的系统技术与装备,以及装备安装和安全操作规范等技术文件。
[成果] 1900010055 湖北
TG24 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:随着航空航天、汽车等领域高端装备对性能要求的不断提高,其关键零件向复杂化、整体化方向发展。铸造是复杂金属零件成形的主要方法,但其传统模具工艺难以甚至无法整体成形复杂铸造型(芯);增材制造可成形任意复杂结构,但在直接制造金属零件时存在材料种类有限、性能难控制等突出问题。为此,该项目组提出基于激光选区烧结(SLS)增材制造的复杂零件整体铸造新思路,采用SLS整体成形复杂型(芯),创新铸造过程调控方法,以实现高性能复杂零件的整体铸造。但在型(芯)材料及其成形质量、铸件性能三个关键环节分别面临以下难题:SLS和铸造工艺对型(芯)材料组分要求不一致,高性能型(芯)粉末制备难;复杂型(芯)SLS成形时误差累积严重、热力耦合复杂,精度和性能保证难;复杂铸件充型凝固时传热传质行为难预测,控形控性难。该项目组在国家重大专项、国际合作项目等支持下,针对上述技术难题,经过十余年攻关,取得如下创新成果: 高性能型(芯)激光选区烧结粉末及制备方法。揭示型(芯)粉末与高能高速激光的相互作用机理,发明型(芯)粉末的溶剂沉淀制备方法,研制高性能熔模、砂型(芯)和陶瓷芯的SLS粉末材料,性能同时满足SLS和铸造工艺要求。熔模粉末残余灰分较德国EOS同类产品降低25%,覆膜砂发气量较美国ExOne同类产品降低32%。 复杂型(芯)激光选区烧结过程在线测量与形性调控方法。建立不同材质型(芯)反射特性对测量精度的影响模型,发明SLS成形过程在线测量技术,创建基于多维深度学习的SLS成形工艺在线调控方法,实现SLS成形工艺在线自动调控。砂型(芯)精度和强度较美国ExOne同类产品分别提高50%和116%。 复杂零件整体铸造的变形、夹渣和孔松等定量预测与工艺优化方法。创建粒子示踪液固两相流场、动态熔池压力补缩模型,建立SLS型(芯)与铸件尺寸误差映射关系,提出混合序列二次规划和果蝇算法的铸造工艺优化方法,开发复杂SLS型(芯)整体铸造仿真系统,实现变形、夹渣和孔松等定量预测和工艺优化。铸件精度超过CT7级,缺陷减少75%,性能达法国赛峰同类铸件水平。 基于上述创新成果,创建高性能复杂零件的整体铸造成套技术,突破了航空发动机机匣和单晶叶片、航天发动机涡轮泵、汽车发动机缸体缸盖等高性能复杂零件的整体铸造难题,支撑了大飞机、新一代重型火箭、高性能轻量化汽车等高端装备的研制。获发明专利24项、软件著作权13项,部分专利以1800万转让武汉华科三维科技有限公司;发表SCI/EI论文227篇次;出版著作4部。英国增材制造中心主任R. Hague、国际光学工程学会会士S. Zhang、美国爱荷华大学凝固实验室主任C. Beckermann等分别评价:“材料制备方法可大幅提高SLS成形件性能”、“提出了更强大的三维形面测量技术”、“铸造过程自动优化算法大幅提高了铸造数值模拟的有效性”。专家鉴定“总体技术达到国际先进水平,部分指标国际领先”。 成果应用于中国航发、西安航天发动机、东风汽车、空客等国内外数百家单位,出口美英德等国。15家用户新增产值54.9亿,新增利润4.5亿,创汇769.5万美元。获省部级一等奖2项,引领了中国铸造行业技术进步,大幅提升了国际竞争力。
[成果] 1700520383 辽宁
TG249 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:为解决中国高端装备对高品质大型铸锻件的急需和技术瓶颈问题,该项目研发了电渣熔铸大型变曲面异形件制造成套技术,是一种优质、高效的绿色制造技术。利用该技术制造了单件重量14.5吨、目前世界上单机容量最大的百万千瓦水轮机不锈钢叶片。该项目发明了超大宽厚比构件精密成形控制技术,创造性地将电渣熔铸与模锻工艺复合应用,实现了大型变曲面复杂构件的精密成形;首次提出振动电极熔化方法,并研制出具有三维振动功能的专用振动电极装置;开发复杂异形结晶器用新材料和铸件凝固过程控制冷却新工艺,解决了大型变曲面类铸件的缩孔缩松以及应力开裂和组织细化等问题;研制的80吨特种电渣设备,首次采用T型交流变压器双回路供电和六自由度传动方式,解决了电渣熔铸用三相交流变压器平衡供电、薄壁异形件电极与结晶器安全间隙调节等问题;研发出防氧化电极涂料、长距离溢流和阶梯补缩等新工艺,解决了电极氧化、曲拐充型和中心缩松等工艺难点。项目获得10项授权发明专利、1项技术秘密,取得2项国际领先、1项国际先进成果,制定了1项行业标准。项目成果累计在3类典型材料、5种典型铸件以及百余家单位推广应用,近10年累计销售收入约12亿元。
[成果] 1900010522 陕西
TG27 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:该成果属于材料合成与加工科学技术领域,是制造业的重要分支。 集成化、整体化、轻量化、精密化是现代航空航天、高速车辆、汽车、输变电设备等工业领域对铸件铸造技术提出的新目标。比如,飞机舱门的传统制造方法是采用机械加工工艺制造出20多个零件,再用数百个连接件将其组装成一个整体结构。不仅制造工艺复杂,成本高昂,而且连接处往往成为整体结构的薄弱环节。将复杂结构设计为一个整体零件一次成型制造只有通过铸造方法才能实现。因此,复杂结构的整体铸造为铸造这一传统工业领域带来新的机遇和活力。高端铸件的另一重要目标是生产出形状复杂的大尺寸精密铸件的同时,实现凝固组织的致密化控制。 上述铸造技术的深度发展受制于两个理论和技术相互纠缠的难题。其一是,从服役性能的角度出发,人们设计的铸造合金成分日益复杂,凝固理论无法对其组织和性能控制定量指导;其二是,工业零件的设计越来越复杂,最佳的凝固条件越来越难实现。因此,与凝固相关的铸造组织(相组成、晶粒尺寸和形貌等)及缺陷(缩松、缩孔、应力、裂纹等)的控制问题更加突出。 该项目将凝固基础理论研究和工程应用相结合,开发出基于石膏型铸造的真空增压凝固控制技术,突破了大型复杂轻合金结构件整体精铸的难题,最大可生产轮廊尺寸达到3000mm的精铸件,国际上无先例。其次,突破了精铸件的致密度控制问题,铸件X射线透视结果表明,卷入性铸造缺陷完全消除,缩松缺陷控制达到一类铸件水平,使得铸件典型性能超过国标和航标规定的金属型铸件。并实现了精铸件在气密性耐高压等高端产品重要零件上的应用。 (1)发明了石膏型铸造真空增压凝固控制技术以及相应的浇注系统设计方法,解决了大型复杂件缩松和卷入性铸造缺陷控制的难题,实现了铸件致密度的优化控制。 (2)提出了一种铸件凝固过程微孔和裂纹形成的统一理论模型,建立了铝合金中缩松、热裂缺陷与气体含量、温度场、冷却速率及凝固顺序之间的定量关系,从而实现了铸件真空增压凝固过程的定量化控制。 (3)基于复杂熔体结构调控机理的研究成果,开发出一种铝合金熔体综合处理方法,实现了晶粒细化及凝固组织的优化控制。 (4)发明了大型铝合金结构件铸造用新型石膏型造型材料、镁合金精铸造型材料、大型石膏型无翻转制造及阶梯式焙烧方法,提高了铸件尺寸精度和稳定性。 (5)发明了大型复杂铝合金结构件热处理新工艺,通过热处理过程优化控制和反变形矫形技术的综合应用,实现了大型复杂薄壁结构件组织优化调控,并解决了热处理变形控制的难题。 该项目在12个企业实现应用,已经为先进飞机及航天产品制造出舱门、整体舱盖、整体油箱等关键构件,取得显著的社会和经济效益。完成单位近3年新增产值6570万元,利润1915万元,其他可提供经济效益指标的4个应用单位新增产值23369万元,利润2830万元。该成果在国防和民用技术领域潜在市场达每年约百亿元。 项目获授权国家发明专利9项;发表学术论文47篇,出版专著1部;做国际会议邀请报告6次;培养博士研究生6人,硕士研究生9人。
[成果] 1800140361 广西
TG242 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:发动机组成部分众多,其核心的部分是缸体和缸盖。缸体和缸盖的制造效率,直接制约着整台发动机的生产进度;缸体和缸盖铸件的质量,直接决定了整台发动机的品质。在客户对发动机生产周期、发动机品质等要求日益苛刻的今天,提升发动机缸体、缸盖的生产效率及其铸件品质,至关重要。 国内发动机缸体和缸盖的制造,主要以砂型铸造为主导。砂型铸造用的砂芯是通过模具在射芯机上射砂形成的。 缸体、缸盖的铸造过程中普遍存在以下问题:在缸体方面,铸造用所需的水套砂芯,射芯成品率低,砂芯强度低,组芯、烘烤过程容易断裂;机体水套隔层狭窄空腔(≤3mm)处易烧结。在缸盖方面,铸造用的上、下主体芯,射砂过程中,跑砂严重,导致砂芯披峰厚,披峰面积大;而且砂芯结合面处错边严重,铸件内腔披锋严重,局部烧结。 由于水套芯的烧结,机体水套的堵塞,影响到铸件质量,严重时可导致铸件的报废;缸盖主体芯,由于砂芯披锋严重,需要在生产线上增加修芯工序,不仅增加制造成本,而且影响生产效率。 针对上述问题,2014年~2015年通过与国外先进企业合作,项目组掌握了德国的无砂披免修芯与高强超薄制芯高端技术,成功解决了上述难题,实现了砂芯无砂批免修芯及超薄砂芯无烧结的目标。 无砂披免修芯与高强超薄制芯高端技术开发,一方面通过优化模具结构和加工程序,改善模具表面质量,提高模具配合精度,达到模具免抛光,实现砂芯的无披锋免修芯;省去了人工修芯工序,有效的提高了生产效率。另一方面,运用现有的生产材料,参考国外提供的工艺配方,通过制定新的工艺配方,提高型砂的流动性,优化射砂参数,提升砂芯成品率的同时,提高砂芯的强度及抗烧结能力,解决铸件狭窄片状空腔处烧结等铸造缺陷;有效降低了制造成本,改善铸件品质。 项目攻关成果不仅解决了因模具配合间隙大,造成砂芯有大量披锋的难题;而且提升了射芯能力,提高了砂芯成品率,还解决了超薄砂芯强低、易烧结的难题。随着模具免抛光技术的日趋成熟,将有越来越多的企业实现模具免抛光;工艺配方的合理选用,可让各铸造单位的射芯能力得到显著提升。先进的工艺配方用在优秀的模具上,两者的结合,为了各铸造单位全面实现砂芯的无砂披免修芯,及高强度超薄砂芯的制造和浇注,提供了可靠保障, 提升公司在同行业中的竞争地位。
[成果] 1800290220 山东
TG27 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:多元合金化蠕墨铸铁640分体型制动轮盘工艺设计先进、设备使用率高。该公司在长期生产蠕墨铸铁气缸盖等产品的基础上,在有关专家的指导下,通过调整Cu、Mo、Ti等合金材料的化学成分含量配方,研制出一种抗拉强度高、蠕化率高、珠光体含量高的蠕墨铸铁新材料,采用IGBT中频感应电炉熔炼技术和树脂砂机器造型铸造工艺,精心选择熔炼所用生铁及合金,从而保证产品的化学成分、机械性能,外观形状满足要求的同时也使得制动盘的结构尺寸更加适用于列车的制动。 成果创新性:采用防变形技术控制铸件因铸造和热处理应力问题产生变形引起铸件报废。整体采用均衡凝固技术,局部采用石墨膨胀自补缩技术。树脂砂铸造技术,造型自带小砂芯工艺,避免厚大部位缩松;而且还提高产品尺寸精度。采用IGBT中频感应电炉熔炼技术和光谱分析技术精确控制化学成分。采用陶瓷滤网过滤技术,提高铁液纯净度。 成果先进性:多元合金化蠕墨铸铁640分体型制动轮盘工艺设计先进、设备使用率高。该公司在长期生产蠕墨铸铁气缸盖等产品的基础上,在有关专家的指导下,通过调整Cu、Mo、Ti等合金材料的化学成分含量配方,研制出一种抗拉强度高、蠕化率高、珠光体含量高的蠕墨铸铁新材料,采用IGBT中频感应电炉熔炼技术和树脂砂机器造型铸造工艺,精心选择熔炼所用生铁及合金,从而保证产品的化学成分、机械性能,外观形状满足要求的同时也使得制动盘的结构尺寸更加适用于列车的制动。 造型采用造型线造型,设置保温边冒口,为避免厚大部位缩松,发明了独特的小砂芯工艺,熔炼采用中频电炉,精确控制化学成分,严格控制加入合金顺序及重量,为防止冲砂及夹杂物,采用陶瓷滤网过滤工艺严格的保证了产品质量,满足了产品性能要求。 成果独占性:在铸造工艺方面,该公司在长期生产蠕墨铸铁气缸盖等产品的基础上,在有关专家的指导下,通过调整Cu、Mo、Ti等合金材料的化学成分含量配方,生产出一种抗拉强度高、蠕化率高、珠光体含量高的蠕墨铸铁新材料,采用IGBT中频感应电炉熔炼技术和树脂砂机器造型铸造工艺,精心选择熔炼所用生铁及合金,从而保证产品的化学成分、机械性能,外观形状满足要求的同时也使得制动盘的结构尺寸更加适用于列车的制动。 多元合金化蠕墨铸铁640分体型制动轮盘产品的其他市场竞争优势,产品的市场竞争主要是和进口制动盘的竞争,综合价格及体制上的因素,公司开发的制动轮盘将占有绝对优势。
[成果] 1800140084 湖北
TG386.4 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:中厚板是指板厚2mm以上的金属板料,其冲压技术是汽车、飞机、舰船等工业领域广泛应用的制造技术,而普通冲压成形固有的塌角、毛刺和撕裂裂纹等缺陷,严重损害了零件的几何精度和机械性能,仅适用于生产毛坯。为了促进传统冲压成形从毛坯生产转型升级为零件精密制造,该项目产学研结合,经十余年研究开发,取得如下主要技术发明: 1、发明了中厚板复杂结构件二维精冲与三维冷锻同步复合精冲工艺方法,将其冲压从毛坯生产提升到高精度制造,实现了中厚板复杂结构件精密净成形。经第三方检测,复合精冲成形的中厚板结构件几何精度IT5级,与精密切削相当,达到了国际塑性成形最高精度。 2、发明了高刚度高精度精冲机设计制造与控制的系列技术,攻克了高刚度精冲机结构拓扑设计优化、高精度抗偏载复合运动导向、高频次重载精冲电液驱动与伺服控制等关键难题,研制出KHF200~1200系列高端数控伺服精冲机。精冲机主冲压、压边与反顶的力和运动参数在线无级调控,额定负荷下设备弹性变形≤1/15000,精冲频率42~75次/分钟。经第三方检测,主要性能指标与国际领先的Feintool精冲机相当,打破了国外垄断,近三年国内市场占有率60%。 3、发明了中厚板金属卷料自动校平送进、复合精冲工艺模具、复合精冲过程在线检测与伺服控制等关键单元技术,研发了高强度高精度中厚板结构件复合精冲成套技术,设计建成了69条复合精冲自动化生产线,实现了汽车、装甲车、高铁、航空发动机、核电装备等关键结构件复合精冲批量生产。 产品在中国一汽、上汽、东风、中国中车、中国核电,德国大众、舍弗勒,美国博格华纳,加拿大麦格纳,英国罗罗公司等多家世界五百强企业得到了广泛应用。 该项目获授权发明专利20项、实用新型7项和软件著作权2项,制定国家标准2项,出版著作1本,发表SCI/EI收录等论文30余篇。近三年实现利税2.9亿元,取得了显著经济社会效益,实现了高端精冲装备自主创新和高强度高精度中厚板复杂结构件成形技术升级,有力促进了中国基础工艺与基础装备创新发展。
[成果] 1800140120 河北
TG316 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:中国传统的轴承锻造设备都是采用空气锤锻造生产线,加热方式采用传统的反射加热炉,这些传统的生产设备和加热方式在生产工艺上不能保证稳定加工量,产生的氧化皮比较多,消耗能源大,不仅浪费了原材料而且也对周围的环境造成了一定的影响。虽然近几年,多家轴承制造企业进行了工艺升级,抛弃了传统了燃料加热,使用了感应加热,但是对温度控制的方法还比较原始,仍然使用目测和粗糙的测温仪器,经常造成材料过烧或者欠热,既不能保证产品的质量,也造成了原材料的浪费,锻造成型仍然沿用多年的传统工艺,锻件精度差,材料利用率水平较低;车加工生产也仅采用普通的数控车床,生产工艺及夹具缺乏创新,产品质量不稳定;退火、淬火、回火等热处理,虽然使用电加热设备,但对氧化层、热处理变形、内部组织结构等还很不理想,很难得到高端客户的认可。 为了提高原材料利用率,节能环保,提高产品质量,公司经过十几年的技术改造,从设计、工艺、装备等方面对轴承锻件生产模式进行转型升级,该公司轴承锻造现已全面采用中频加热炉,使用进口双探头测温仪器,自主开发温控软件系统;通过优化设计模具和工艺,使锻件越来越接近轴承车件的形状和尺寸,使用三维建模和仿真技术,精确计算原材料重量和锻造成型压力,使同等产品的锻造设备吨位降低40%;车加工件采用国内先进的i5智能制造系统进行生产,开发了NC程序,自主研发了“后拉式浮动夹具,实现了车加工“零”在制品;通过各工序的智能控制,有效控制了毛坯件的加工余量、车加工的精度和应力、热处理变形,提高了材料利用率,降低了能耗。热处理采用双层气氛保护无氧化轴承球化退火炉、保护气氛下的盐浴淬火炉,开发了先进的热处理工艺,对热处理过程实行在线全自动控制,温控精度高,加热均匀,实现了冷却速度和退火脱碳层的精确控制,使热处理之后轴承产品零件组织均匀,硬度差小,淬火变形小,保证了产品长寿命和可靠性。 该公司生产的轴承锻件、车加工件主要为汽车用轴承锻件,随着汽车用轴承锻件、车加工件的需求量的大幅提升,2016年底世界轴承出口需求量为近54亿套,而随着汽车轴承需求量的增加,预计未来五年将会达到70亿套,可以说市场需求多少轴承就需求多少轴承锻件及车加工件。在国家相关产业调整和振兴规划的推动下,高精度节能节材轴承锻件、车加工件的市场前景广阔,为企业优化产品结构,开拓新兴市场提供了机遇。 该项目已成功推向市场,下一步还将继续增加研发投入,并与相关科研单位进行技术合作,使该产品达到国际领先水平。
[成果] 1800140211 北京
TG318 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:该项目来源于2014年智能制造装备发展专项《年产百万件曲轴数字化锻造车间系统的研制与应用示范》项目,项目批文号:发改办高技[2014]2558号,该项目列入了国家2014年战略新兴产业发展专项资金计划。 曲轴锻造产品日益增长的需求及对产品质量要求的提升,与相对落后的生产现状是中国曲轴锻造的一个矛盾,亟待进行数字化智能化的提升,该项目就是针对这个现状,通过曲轴锻造数字化智能化研究,构建可自动运行、故障诊断以及生产管理的锻造车间系统。 项目建立了以14000T、12500T、8000T、6300T热模锻压力机为主机的四个锻造生产单元,并通过对自动化锻造生产的相关锻造成套技术与设备进行集成研发,构成了数字化车间的基础生产平台;在自动化生产线的基础上,设计开发了适合曲轴锻造的智能化感知和检测技术,通过智能化感知和检测,将曲轴锻造的工艺参数、生产过程参数和工艺结果参数定量化,为精益管理提供基础参数;在参数定量化基础上建立生产级的制造管理系统,实现生产过程可追溯,并提供产品质量、生产能耗和设备OEE管理,是智能化锻造的管理提升;最后通过对生产数据提取、汇总和分析,结合大数据及现场设备异常现象,应用故障树和智能算法进行设备故障分析和预测,从而保障生产的稳定性,最终实现曲轴锻造的智能化生产。 项目建成了国内首个数字化锻造车间,实现了关键设备数控化率84.4%,生产效率提高38.28%,能耗降低31.08%,人员减少42.9%,达到年产百万件曲轴锻件的生产纲领要求。通过项目建设, 2015年生产锻件16750吨,销售收入27496.72万元;2016年生产锻件23016吨,销售收入29305.40万元,取得了良好的经济效益,增强了企业的市场竞争力。 项目符合加快智能制造装备的创新发展和产业化,推动制造业转型升级和可持续发展的产业政策要求,实现了从自动化发展到数字化的飞跃,处于国内领先位置及国际先进水平。作为中国锻造行业第一个数字化车间,对锻造行业从自动化向数字化、智能化的技术升级,具有实质性示范和促进作用。
[成果] 1800220223 安徽
TG249.4 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:石油化工、煤化工是中国能源工业支柱产业,乙烯裂解和制氢转化炉是百万吨乙烯、千万吨炼油装置制取乙烯、丙烯、氢气等基础化工原料的核心设备,高温耐热合金炉管是完成裂解、转化反应的关键部件。近年来,伴随生产规模扩大和能源结构调整,装置不断大型化,介质日益苛刻化,炉管面临极端服役温度和复杂腐蚀介质双重考验。该项目之前,国产炉管寿命短、可靠性差,频发蠕变、渗碳、鼓胀等失效事故,成为制约装置长周期安全运行的瓶颈难题。从日本、法国等发达国家引进,不仅价格昂贵,而且特殊时期还对中国卡脖子封锁,严重影响国家重大工程建设顺利进行。为此,急需立足国内,开展长寿命高可靠性炉管国产化关键技术研究。 该项目在国家科技支撑、863计划等课题支持下,历时8年攻关,探明了高温炉管主要失效模式和损伤机理,甄别出影响炉管服役性能关键因素,首创基于寿命的抗蠕变和抗渗碳性能调控方法,开发出低振幅离心铸造装备与工艺,实现了长寿命高可靠性炉管国产化和产业化。创新成果主要包括: (1)国内首次建立损伤机理识别与性能检测评价方法。系统研究了乙烯裂解和制氢转化炉管失效模式、机理和损伤演化规律,国内首次建立炉管蠕变渗碳性能检测与寿命评价技术方法,开发炉管服役性能数据库,相关成果被国家和行业标准采纳。 (2)国际上率先开发高温炉管抗蠕变性能调控技术。针对裂解和转化炉管蠕变失效,阐明了材料成分、组织与宏观性能之间关联规律,建立了基于寿命的材料成分和组织调控技术方法,使得炉管抗蠕变性能提升50%以上。 (3)国际上率先开发高温稀土炉管抗渗碳性能调控技术。针对裂解炉管渗碳失效,探明了稀土元素种类、含量对炉管抗渗碳性能影响规律,攻克了稀土添加防烧损关键技术,开发新型抗渗碳稀土炉管,相比传统技术,炉管渗碳速率降低5~15%。 (4)国内首次研制低振幅离心铸造装备与工艺。探明了浇铸温度、型筒转速、型筒振幅等工艺参数对炉管金相组织影响规律,解决了回转精度、振动幅度控制等技术难题,在国内首次开发出低振幅离心铸造装备与工艺,实现了炉管金相组织稳定控制。 项目授权发明专利12项、实用新型13项,制订国家标准1项、行业标准1项、企业标准1项,发表论文27篇。离心铸造炉管基于寿命的设计制造技术已在卓然靖江、青岛新力通等国内全部炉管制造企业实现产业化,累计生产炉管约3万吨,装备裂解炉和转化炉约200台套,长寿命高可靠性炉管已在中石化、中石油、中海油、神华、陕西延长所属企业广泛应用,并出口泰国、马来西亚、印度等“一带一路”沿线国家,无一发生安全事故。项目成果打破了国外技术垄断,带动了中国炉管装备制造企业技术进步,为保障中国石油化工、煤化工企业裂解和制氢装置长周期安全稳定运行发挥重要作用。近三年新增销售额13.23亿元、利润2.17亿元,因替代进口节约设备投资40~50亿元,社会效益显著。
[成果] 1900010066 黑龙江
TG316.2 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:为了扭转能源装备超大型锻件依赖进口供货并受制于人的被动局面,中国第一重型机械股份公司联合国内优势企业及院所协同创新,投入研发资金十余亿元,历时八年,开展了千余次各类试验,超额完成了国家科技支撑计划及重大专项的研制任务,取得了多项具有世界领先水平的重大突破。主要科技创新成果如下: 突破核反应堆压力容器锻件结构设计禁区,首创出一体化锻件,提高了核设备的安全性。发明了“法兰反向预成形”等锻造技术,研制出厚壁法兰、接管与球形封头三件合一的一体化顶盖;发明了“渐变拉深锻造成形”等制造技术,研制出过渡段与下封头合二为一的超大“钟形”一体化底封头。 创造性地将超大型锻件的自由锻造提升为胎模锻造、仿形锻造及近净成形锻造,改写了超大型锻件只能是“傻大黑粗”的历史。发明了“在特殊模具内分步旋转锻造技术”,用万吨压机实现了带超长非向心管嘴的超大异形水室封头锻件的仿形锻造;发明了“压挤组合的全压应力胎模锻造技术”,实现了特厚巨型管板锻件的近净成形锻造;发明了“非对称锁紧式半球体夹紧装置”,实现了水室封头锻件向心管嘴的翻边成形。不仅锻造流线连续,而且节材30%以上。 首创出附具与锤头变角度及端部限位的独特锻造方法,发明了双端不对称变截面筒体锻件近净成形锻造技术。实现了内外带法兰的超大接管段和两端带直段的超大锥形筒体锻件的近净成形锻造。锻造流线连续,节材25%以上。 提出了低硅控铝钢冶炼超纯净钢液的创新思路,解决了超大型钢锭宏观及微观偏析等世界性难题。不仅化学成分均匀,而且使得二代核电压力容器顶盖等超大、实心锻件UT检测合格率达100%。 创建了新型真空铸锭用保护浇注数学模型,发明了由带浇注箱体的中间包、整体塞棒等组成的保护浇注系统,解决了钢锭浇注过程中钢液的二次氧化及钢渣卷入钢锭模的世界性难题。研制出了世界最大的超纯净钢锭。用超大超纯净钢锭已批量生产出整体锻造的汽轮机低压转子,实现了轴类锻件的极端制造。 支持项目的授权发明专利8项,实用新型专利7项,编制国家和行业标准19项,撰写并出版专著1部,发表论文30余篇。行业鉴定专家评价:“大型先进压水堆核电核岛主设备超大型锻件制造技术达到了国际领先水平”;“整锻低压转子锻件产品性能指标和主要核心技术居国际领先水平”;“超大型钢锭(600吨以上级)研制及共性技术研究整体技术填补了国内空白,达到了国际领先水平”。获省部级科技进步特等奖两项。 超大型锻件极端制造技术创新成果解决了中国能源装备发展的瓶颈问题,显著促进了大锻件制造行业的整体技术进步成果已广泛应用于核电、火电、水电等能源装备的超大型锻件制造,累计增加销售收入87.7亿元。具有世界领先水平的超大型锻件核心制造技术将为中国能源装备走出去做出更大的贡献。
[成果] 1800180481 上海
TG27 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:该项目属机械设计制造(铸造)领域。620℃等级以上二次再热超超临界汽轮机是当今世界热电机组发展目标,机组用钢及其铸锻件是技术关键。而铸钢材料ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB(以下简称“CB2”)和锻件材料13Cr9Mo2Co1NiVNbNB(以下简称“FB2”)及其铸锻件一直被欧洲极少数供应商垄断。上海宏钢电站设备有限公司与上海大学协同攻关实现了该等级汽轮机关键铸锻件自主商业化生产。该项目包括材料开发和冶炼、铸造、热处理、焊接/组焊、性能检测技术,主要创新点如下: 1.开发了CB2/FB2新材料。在热力学计算基础上,利用微量元素的交互作用,通过Co、B、N微合金化,开发出超过汽轮机高温设备620℃/ 100000h蠕变断裂强度100MPa要求的新材料。 2.窄区间微量元素控制技术。(1)B元素冶炼控制要求区间仅为0.008~0.011%,该项目通过特定操作工艺达到其要求;(2)采用氧化期调整工艺,得到Co元素理想稳定的收得率。(3)采用氮气炉内增N取代氮化合金,确保了氮含量精确控制。 3.基于热模拟技术的铸造工艺优化方法。采用上海大学发明的特征单元热模拟技术,获得材料的凝固模拟数据,有效提高了铸件凝固过程和铸造工艺数值模拟优化的可靠性。 4.铸造工艺的创新与突破。采用特殊成型变截面冷铁,有效防止大型复杂铸件的裂纹缺陷;采用优化的芯骨通气工艺,保证铸件浇注后铸件内腔零铸造缺陷;对主汽门进气孔芯头拉牢,成功抵消部分浮力;新增补贴保证顺序凝固等。该项目研究的产品620℃瞬时拉伸Rp0.2≥245 MPa,650℃瞬时拉伸Rp0.2≥200 MPa;高温持久620℃应力200N/mm2,断裂时间≥100h,常温及高温主要性能优于欧洲奥钢联生产的同类产品性能,铸件的工艺出品率达60%以上,缺陷焊补率小于1%。经中国铸造协会组织专家评价,该项目技术总体水平国际先进,产品主要性能国际领先。 2013年该项目在国内率先实现了产业化,其开发的汽缸、阀壳及门类等零件投入商业化生产,形成了自主知识产权,发明专利两项(专利号:201510207046.5和201510364636.9),发表论12篇,起草国家标准4份,即低温承压通用铸钢件(GB/T 32238-2015),高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件(GB/T32255-2015),通用耐蚀钢铸件(GB/T 2100-2017)和铸造术语(GB/T 5611-2017),成功应用于江苏泰州电厂的世界首套1000MW二次再热超超临界汽轮机机组,2014~2017新增产值32226万元,新增利润10202万元,新增利税2072万元。CB2和FB2的成功开发与应用,打破了欧洲极少数供应商的垄断,填补了国内该类材料铸锻件的空白。
[成果] 1700520103 北京
TF124.3 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2017
成果简介:球形金属粉末广泛应用于微电子表面封装(SMT)、超硬材料合成、新能源用软磁材料、注射成形、增材制造等高端制造领域。中国对球形金属粉末的需求年均增长达到23.1%,而SMT焊锡粉、金属软磁、增材制造等领域用粉末对外依存度已经超过90%。传统雾化制粉技术存在连续制备时间短、生产效率低、雾化稳定性差等问题,不能满足球形金属粉末的制备朝着超细、窄粒度、低杂质含量、高稳定性和一致性等方向发展的要求。该项目在国家863计划,国家科技支撑计划,国家自然科学基金等项目的支持下,经过十余年的持续攻关,创造性地解决了球形金属粉末连续雾化制备技术及产业化应用中的重大技术难题,成功开发出成套雾化装备及产业化核心技术。主要创新成果如下:1)发明了金属熔体雾化器,突破了金属粉末雾化制备的核心技术瓶颈,实现了球形金属粉末的高效制备。通过空气动力学计算和数值模拟技术,发明新型超音速紧耦合雾化喷嘴和金属熔体导流绝热系统,创新形成了超音速紧耦合气体雾化器,该技术将<74μm的Fe基触媒粉末出粉率提高了20个百分点;研制了满足不同合金体系的离心雾化盘,开发了90000rpm高速电机保护系统,解决了高速电机在高温高粉尘环境下持续运转的关键问题(工作时间由2000h提高到12000h)。2)创制了球形金属粉末工业化生产技术装备,解决了球形金属粉末连续雾化制备难题,提高了粉末产品品质、一致性和稳定性。发明了球形金属粉末连续雾化技术及装备,研制了金属熔体智能输送系统,集成创新控制方法实现了全套装备的智能控制,形成雾化制备成套工艺及智能控制技术。其中,惰性气体雾化连续制备技术生产效率提高了30%,铁基触媒粉末氧含量小于300ppm;离心雾化连续制备技术生产效率提高了200%,SnAgCu粉末氧含量小于80ppm。3)发明了系列球形金属粉末,实现了工业应用,突破了国外对相关材料的知识产权封锁。依据发明的连续雾化制备技术,发明了具有自主知识产权的金刚石触媒粉末和SMT焊粉,形成系列新型高温、中温及低温球形金属粉末材料,建成了完善的金属粉末工业生产技术体系、装备体系和产品应用体系。基于上述创新技术,实现中高温功能粉末年产能达9000吨,SMT焊粉年产能达4000吨。系列粉末产品已广泛应用于中国微电子表面封装、超硬材料合成、新能源用软磁材料等高技术产业领域。在上述过程中,项目申请发明专利52项,已授权32项;制定标准3项;开发国家重点新产品2项、市级新产品2项;发表论文30余篇,其中24篇被SCI/EI收录;培养各类高级人才40余人。项目曾获省部级科学技术一等奖2项,二等奖3项,中国专利优秀奖1项。该项目的成功开发和应用推广,填补了国内空白,显著提升了中国球形金属粉末制备水平,具有重大经济社会效益。
[成果] 1700550394 湖北
TF123.23 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2017
成果简介:铜及其合金粉末因具有良好的导电、导热、耐腐蚀性能,且表面光洁度好、无磁性,被广泛用于粉末冶金制品、摩擦材料、导电油墨、电碳制品、化工接触、金刚石制品、电工合金、电碳行业以及金属颜料涂料、导电橡胶和电子浆料等行业。据报道,全世界每年铜及铜合金粉末的需求量在10万吨以上,其中北美年产量占需求量的一半左右。以汽车工业为例,铜粉用量已超过万吨,如果考虑电子、电器等行业,其潜在市场更为广阔。铜粉的工业化生产,起源于20世纪20年代自润滑多孔性青铜轴承的发明与发展。经过90多年的不断发展,工业上已经成熟的铜粉制备方法有电解法、雾化法和化学还原法,不同方法制备出的铜粉有不同的特征。电解法制备铜粉一般是采用高度抛光的钛板做阴极,电解铜板做阳极,电解液为硫酸盐体系溶液,直流电通过电解槽产生铜离子并沉积在阴极上。在大电流密度下,阴极上氢与铜同时析出,得到细而疏松的粉末,通过刷子定时采集。电解法制备铜粉的工艺流程为:电解→刮粉→收集铜粉→过滤→洗涤→防氧化处理→干燥→筛分→产品。电解法的优点是电解过程本身是一个提纯过程,因而所得粉末纯度较高(99%以上),同时,由于电解结晶粉末形状一般为树枝状,压制性好,因此,电解铜所制得的铜粉主要用于摩擦材料。但是电解法也存在一些无法避免的缺点:电解液中铜离子浓度较低,在大电流密度下,阴极上金属与氢同时析出,使阴极电流效率较低(约50%),与此同时,电解过程中有大量酸雾逸出,污染现场作业环境。由于铜在硫酸铜溶液中的溶解性能好,随着电解过程的进行,阴极上已沉积的粉末会部分溶解,且断电后阴极会发生化学溶解。以上这些因素使得溶液中的铜离子会随着电解时间的积累而提高,溶液不稳定,电解液需要精心控制。此外,电解法生产效率低,电能消耗量大,使得电解铜粉的生产成本增加。雾化法制备铜粉是通过将金属熔融(1200℃)后压入喷嘴,再利用压缩空气、惰性气体或水把熔融的金属吹散成极小的金属颗粒珠,再通过真空干燥、氧化、还原等一系列工序处理后得到产品,其工艺流程为:电解铜→熔炼→雾化→真空干燥→氧化→破碎→还原→破碎→筛分→合批→包装。雾化法制备铜粉的主要缺点是工艺流程长,生产成本高,设备昂贵,过程复杂,产品易氧化,质量不易控制。化学还原法制备铜粉是采用含铜溶液与还原剂在合适条件下进行氧化还原反应制得铜粉,再对铜粉进行表面处理即可得到铜粉产品。化学还原法制备铜粉的过程中,产物的纯度、形貌、粒径及粒径分布取决于还原剂的种类、反应温度、溶液浓度、分散剂和保护剂的种类及数量、停留时间等多种因素。化学还原法制备铜粉常用的还原剂有甲醛、抗坏血酸、次亚磷酸钠、硼氢化钾、水合肼等,这些还原剂由于剧毒,或还原能力差,或成本太高,或引入其他杂质等原因而不适宜批量生产,因此,需要寻找更为合适的还原剂及制备工艺,使高纯铜粉的生产能够实现产业化。
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