一、成果介绍

1.水环境下金属基激光熔覆涂层的成形机理及摩擦学性能

研究

【项目概述】当今世界，人口数量急剧增长，陆上能源日益短缺，于是人们逐渐将目光转向了大洋深处。如今，世界各国纷纷加入了海洋资源的争夺中，竞相发展海洋工程技术。随着海洋开发逐渐向深、远海方向发展，诸如石油钻井平台、海底输油管道等大型结构件的在线维修需求也变得日益迫切。在海洋服役的结构件，除了承受工作载荷之外，还承受潮水、波浪等引起的附加载荷以及流沙磨蚀和海水腐蚀的作用，尤其是在深水环境中服役的金属结构件，它们面临的工作环境更加苛刻，常常因为表面腐蚀、摩擦磨损而造成失效甚至导致重大事故发生。目前，人们开发了一系列的水下维修技术，包括水下焊接技术、干法和局部干法激光熔覆技术等，然而，这些技术都有其不可避免的局限性，不能满足海洋工程日益严苛的维修需求。近些年来，将激光熔覆技术移植到水环境中的尝试为人们提供了水下金属件在线维修的新思路。本项目针对海洋工程装备易损零部件在线维修的迫切需求，开展水环境下金属材料激光熔覆行为机理的研究。重点搭建水下环境模拟实验系统，揭示激光/水/材料之间相互作用下的熔覆层传质机理，明确氢、氧、氯、硫等有害杂质在熔覆层中的扩散机制；完成水下激光熔覆过程的温度场和应力场的仿真模拟，揭示水下激光熔覆过程中残余应力产生及演变机制；阐明水下环境多物理场耦合下组织演变规律和气孔、裂纹等缺陷形成机理；结合上述机理研究与试验测试探索得到影响水下湿式激光修复涂层力学性能与腐蚀磨损性能的关键因素，为海洋工程关键装备水下在线维修提供理论指导。

【项目成熟情况】技术成熟度3级，针对应用设想，通过详细的分析研究、模拟仿真和实验室实验，验证了技术概念的关键功能、特性，具有转化为实际应用的可行性。主要成果为研究报告、模型和样品等。

【应用范围】海洋工程金属零部件的原位维修。

2.超声波固结成形快速固结增材制造高端装备与（3D打印）

技术

【项目概述】超声波固结成形快速固结与制造（3D打印）技术是以金属箔材为原材料，利用超声波的高频振动，使层与层之间的接触界面在静压力和弹性振动能的共同作用下，通过摩擦、温升等作用促进界面之间的扩散与结合，实现层间的固态冶金结合。

技术特点：

（1）不需要特殊的3D打印金属粉末，采用的是普通金属箔材（如铝箔、铜箔、钛箔、不锈钢箔材等），来源广泛，价格低廉；

（2）固态连接成形，温度低，残余内应力低，无须进行去应力退火，节省能源；

（3）不产生任何焊渣、污水、有害气体等废物污染，因而是一种节能环保的快速成形与制造方法；

（4）金属箔材表面氧化膜可被超声波击碎，无需对金属带材进行表面预处理。

本项目开发的超声波固结成形高端装备和技术打破了国外的技术封锁和垄断，填补了国内空白，使我国成为继美国之后国际上第二个掌握该技术的国家。该技术可用于制造高性能金属叠层复合材料板材（箔材）和零部件，如：叠层复合电极，金属夹芯板结构以及高端电子封装等，该装备和工艺的应用将改变目前我国由于缺乏先进的复合材料制备技术、不能生产这种高性能复合材料的落后局面。该技术属于低温、低成本和高效率的制造技术，是一项利国利民的绿色环保工程。该项目顺应了国家节能减排、减少资源浪费、可持续发展的战略，具有重要的社会效益。

主要专利：

连续陶瓷纤维均布铝带材超声波固结快速制造方法——已提交。

【项目成熟情况】超声波固结成形快速固结与制造技术装备样机已完成，正在进行试生产的阶段。

【应用范围】航空航天、舰船、交通、电子、电力、能源等领域。

3.超纯超微金属间化合物Al3Ti粉体制备技术

【项目概述】本项目开发的超纯超微金属间化合物Al3Ti粉体，由于其具有低密度，高强度，耐高温、抗氧化、无磁性、耐腐蚀，导电等性能，可作为耐磨涂层，导电填料，高阻尼填料，复合材料增强相、3D打印粉体材料，解决了传统制备方法无法制备高纯度金属间化合物Al3Ti粉体的局限性。该技术属于低温、低成本和高效率的制造技术，是一项利国利民的绿色环保工程，具有重要的社会效益。

利用先进的制造技术，制备出了传统制备方法无法获得的高纯度金属间化合物Al3Ti超微粉，该技术工艺简单，成本较低，超微粉成分单一，大小均匀，粒度可控，粒径在100nm-5μm调控,粉体具有低密度，高强度，耐高温、抗氧化、无磁性、耐腐蚀，导电等性能。

主要专利：

一种超纯Al3Ti金属间化合物粉末的制备方法201410826981.5

【项目成熟情况】技术成熟，处于小批量生产阶段。

【应用范围】耐磨涂层；导电填料；高阻尼填料；复合材料增强相、3D打印粉体材料等领域。

4.连续纤维预制轻金属带材自动化制备技术

【项目概述】针对连续陶瓷长纤维束丝不易均匀分散，铺放过程中易折断等问题，发明了束丝纤维分散与固结成形一步法制造技术。该技术采用超声波先进制造技术，纤维百分数、箔材厚度可调、可控等特点，具有自动化程度高、连续生产、效率高等优点。

本项目可用于连续陶瓷纤维（Al2O3、SiC、玄武岩）和碳纤维等的快速固结成形，生产出纤维分布均匀的轻金属预制带材，可用于钛合金、铝合金、镁合金等轻金属带材、板材、以及复合材料结构的制造，生产纤维分布均匀、性能均匀的机械零部件制造。

主要专利：

连续陶瓷纤维均布带材超声波固结快速制造技术——已提交。

【项目成熟情况】处于样品阶段。

【应用范围】航空航天、舰船、汽车制造、轨道交通等领域。

5.高性能金属层状复合材料低成本制备及应用

【项目概述】金属层状复合材料板（箔）材及CPC“三明治”结构电子封装材料、各种夹芯板等复合材料因具有优异的力学、物理和化学性能，在电力电器、冶金设备、石油化工、交通运输、能源工业、微电子工业、航空航天等诸多领域有着广泛的应用。特别是高性能金属间化合物基层状复合材料和夹芯板等轻质材料更是航空航天等领域急需的新材料，但国内目前尚不能生产金属间化合物基层状复合材料。因此，高性能金属层状复合材料的需求和应用空间广阔。超声波固结和无真空烧结技术是目前国际上金属层状复合材料板（箔）材制造最先进的技术之一。和传统的制备工艺（轧制、爆炸复合成型等）相比，它具有低温、快速、工艺简单、适用性广，可用于制备高性能的层状复合材料板材（箔材），被称为绿色制造技术。但是由于国外对这一高技术的限制，国内至今还不能采用这种先进制造技术来生产高性能层状复合材料。该工艺的技术特点是：

（1）工作温度较低，节省能源，是一种低成本的制造工艺；

（2）不需要对金属箔的表面进行预处理，金属层间结合率达99%，界面结合强度优异；

（3）可以代替传统的工艺技术来制造多种金属层状复合材料体系；

（4）通过起始金属箔的改变，可以很方便地把合金化元素、增强纤维引入到转变后的金属间化合物中，进一步地改善复合材料板材的性能；

（5）可实现连续生产，生产效率高，适合于产业化。

该项目属于高技术新材料领域，已获得多项美国专利。预计投资规模在5000万元左右。

据报道，仅国内爆炸复合厚板低端产品一项的国内产值大约在40-50亿人民币左右。本项目将联合研发超声波固结成型制造设备，利用先进装备和技术生产高性能金属层状复合材料板（箔）材，将填补我国在相关领域的空白，促进相关产业升级，建立国内高性能复合材料产业，是一项利国利民的绿色环保工程。

【项目成熟情况】项目目前处于实验室样品阶段。

【应用范围】该工艺可用于制造多种金属层状复合材料板（箔）材，例如：Cu/Al复合排、Ti/Al、Ti/Cu、Cu/Al复合板、CPC电子封装层状复合材料、金属泡沫夹芯板等。对利用超声波固结工艺制造的毛坯进行后续烧结，可生产轻质高性能金属间化合物基层状复合材料，这类层状复合材料在航空航天、地面武器装备等国防领域具有广泛的用途，还可联合研发超声波固结成型制造的高端设备。

6.深海固体浮力材料

【项目概述】固体浮力材料是由无机轻质填充材料填充到有机高分子材料中，经物理化学反应得到的固体复合泡沫材料。从宏观上看，该材料是一种低密度、高强度、低吸水率的聚合物基固体复合材料，具有密度低（0.35～0.93g/cm3）、吸水率低（不大于2%）、机械强度高（压缩强度1～100MPa）、耐腐蚀、可进行二次机械加工等特点，满足水下不同装备的浮力减重应用要求。

本系列产品具有低密度，高强度，在高静水压下吸水率低等性能优势。可采用车、刨、锯、钻、磨加工方式进行机加工，安装便捷，也可现场浇注一体成型，良好的耐油、耐酸碱、耐海水、耐候性、耐腐蚀性能。

【项目成熟情况】1984年，哈尔滨工程大学受船舶总公司军工部位委托研制某深浅救生艇固体固体浮力材料，达到国际先进水平，填充国内固体浮力材料研制领域的空白。经过三十五年发展，哈尔滨工程大学研制的固体浮力材料已形成系列化、产业化，成功应用于各种舰艇、水下机器人和海洋装备，技术成熟度达到9级。

【应用范围】固体浮力材料在海洋开发中广泛应用于各种水下机器人、深潜器、潜标系统、潜水钟、水下集矿机、海洋石油勘探开发隔水管、深水管道布放浮体、浮拦、浮球、脐带缆浮体、系泊浮筒等众多领域，满足了深海勘探考察、石油开采、深海采矿等需求，具有非常广阔的应用前景。

7.纤维增强型中空纤维超滤膜研制

【项目概述】在膜材料内部复合高强度纤维，膜强度极大提高，耐抖动，抗污染，通量高，同时膜表面过滤层进行亲水性抑菌性改性，膜耐污染能力大大提高。

在污水处理与回用领域，饮用水深度净化领域，海水淡化领域具有广阔的应用前景，目前国内掌握核心技术的生产厂家还很少，经济效益非常显著。

主要专利：

亲水性聚氯乙烯膜及其制备方法200910071483.3

【项目成熟情况】技术成熟，处于批量生产阶段。

【应用范围】污水处理与回用、饮用水深度净化、海水淡化预处理等领域。

8.超轻镁锂合金

【项目概述】本项目是在国家“863项目”的研究基础上，进行了熔盐电解镁锂基多元合金的研究，把电解的镁锂中间合金作为原料，经熔铸、合金化、变形等过程研制了一系列力学性能较优的镁锂基合金。并系统研究了镁锂合金的电化学性能，利用化学镀、微弧氧化、纳米仿生组装等先进技术制备了防腐性能良好的表面膜。本单位研制的合金强度能达到300MPa左右，延伸率达10%以上，密度小于1.65g/cm3，并能获得各种尺寸的挤压件和轧制件（冷轧薄板能达到小于0.5mm）。

本单位对镁锂合金熔铸与变形加工进行了技术攻关，掌握了获得高性能镁锂合金的关键技术，目前所制备合金的力学性能达到国际水平且在某些指标上超过了国外水平。所涉及的合金的制备与加工路线为：熔铸、热处理、挤压变形、轧制变形、冲压加工、表面处理。

根据比强度、比价格相等原则，确定镁锂合金材料价格为45万元/吨。而且如果能开发一些高附加值镁锂合金零部件产品的生产，并使之得到推广，那么镁锂合金零部件的价格将远高于板材、棒材的价格，每年的利润空间将在此基础上进一步得到扩大。目前本项目处于中试阶段，能获得性能稳定的铸件、挤压件和轧制件，且这些材料尺寸稳定性好。

本项目获2009年黑龙江省科技奖（自然类）二等奖。产业化的目标是批量制备加工镁锂合金锭材、形变型材等原材料以及某些市场前景较好的零部件生产，所需投资500万左右。

【项目成熟情况】技术成熟，中试阶段。

【应用范围】航空、航天、船舶、汽车、电子产品、武器装备等领域。

9.双相不锈钢叶轮

【项目概述】该工件由ZG0Cr25Ni5Mo2N采用精密铸造方法制成，技术难点在于该材料属于新材料，其组织形成规律、材料的性能需要进行分析和研究，双相不锈钢精密铸造在国内应用较少，许多技术问题需要解决，如开模问题、可溶芯技术、涂料和制壳技术、缩孔缩松问题等。目前已经掌握了材料的组织控制、性能参数，并且解决了上述生产过程中的技术难题。产品实现稳产，成品率达到97%以上。

技术特点：

（1）研发了双相不锈钢铸件精密铸造技术；

（2）引入体视学定量金相技术，实现了组织控制技术；

（3）通过对双相不锈钢的力学性能、腐蚀性能的研究，揭示了其强化机制以及耐腐蚀机理；

（4）发明了双相不锈钢的无烧损无氧化熔铸方法和载波钝化法，解决了制造过程中的关键问题，提高双相不锈钢耐腐蚀性的方法。

技术水平：

整体技术属于国内先进水平，其中双相不锈钢的无烧损无氧化熔铸方法和双相不锈钢的载波钝化处理方法属于创新性成果。

主要技术指标：

（1）所制备双相不锈钢的化学成分符合设计要求；

（2）奥氏体和铁素体含量稳定，占40%~60%；

（3）所制备双相不锈钢具有良好的耐盐雾腐蚀性能、耐酸性腐蚀性能和力学性能，并且达到相关标准的要求。

【项目成熟情况】目前该项技术处于技术成熟阶段，已经批量生产。

【应用范围】耐酸泵。

二、联系方式

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