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2018年度陕西省科学技术奖公示信息

来源:  日期:2018-04-04  浏览次数:

 

一、项目名称

重要工程装备中特种双金属构件制备技术及其应用

二、项目简介

本项目属于热加工工艺及装备领域。

双金属复合材料由于可以充分发挥单一材料(合金)各自性能优势而表现出独特的综合性能,高性能双金属复合材料多服役于苛刻环境,一般具有超强承载、极端耐热、耐电烧蚀、耐腐蚀、耐磨等特性,尤其是双金属复合材料组成的结构功能一体化的构件已成为空天、军工、电力、冶金、化工等领域的新型武器、高压/特高压组合电器、电力冶金物料输送系统和大型火电厂脱硫脱硝系统等重要装备的核心组成部分。这些核心构件的设计性能能否充分发挥,不仅受传统双金属连接工艺的约束,而且受基体材料、结构等多重因素的耦合影响。为满足日益苛刻的服役要求,两种金属简单的连接不仅界面强度达不到要求,而且单一的基体材料的内禀性质也难以满足要求,通常需要对主服役的基体材料进行结构成分设计,这就导致了整体构件的制造困难。因此,本成果在科技部863课题、国家自然科学基金等项目支持下,针对我国电力、航空航天、冶金、化工等重要战略工程亟需的有特殊结构性能要求的双金属复合构件制备技术及装备开展了研究:包括难熔金属/导电铜合金双金属产品及装备、不锈钢/耐磨铜合金双金属构件及装备、合金钢/隔磁铜合金双金属构件、碳化物-钢铁/钢双金属复合产品及系统,贵金属/不锈钢、超大幅面薄型钛/钢复合板协同控爆控轧技术等,一方面不仅通过基体材料与结构的匹配优化设计,从宏微观多尺度发掘了材料与结构的潜力,突破了现有设计极限;另一方面,采用特种连接和复合制造,探索出系列复杂构件整体制造新方法及相应装备,实现构件性能的精确调控,并实现了产业化。

三、客观评价

1.科技查新评价

教育部科技查新工作站(Z08)提供的项目国内外查新报告(编号:201836000Z08D098)结论:从综合分析比较可以看出,在国内中国学术期刊网络出版总库、中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库、中国重要会议论文全文数据库、中国专利全文数据库、国家科技成果数据库、重庆维普中文科技期刊数据库、万方期刊论文数据库、万方学位论文数据库、万方会议论文数据库、万方成果资源数据库、万方专利技术数据库、中国知识产权局中国专利和国外Ei CompendexSCIISTPINSPECDerwent Inmovations IndexPQDT-ProQuest Dissertation and ThesesNTIS (National Technical Information Service)Technology Research DatabaseEngineering Research DatabaseAbstracts in New Technology & EngineeringEngineered Materials AbstractsMaterials Research DatabasescopusEuropean Patents FulltextJAPIO (Japan Patent Information Organization)U.S. Patents FulltextEmerald: (CCSA) 等数据库检索范围内,公开发表的中外文文献与本项目查新点完全相同的未见报道。

2. 项目应用单位评价

部分企业评价证明表明:西安理工大学开发的“难熔金属/导电铜合金双金属产品”分别通过大容量、长寿命以及-40℃使用的试验评估(包括荷兰KEMA高压电器试验站的验证),经过10000次机械寿命后的产品依然耐电磨损性能优良,质量稳定,寿命满足要求;开发的不锈钢/耐磨铜合金双金属、合金钢/隔磁铜合金双金属构件界面结合强度和可靠性高,它们的应用不仅解决了困扰企业多年之久的设计制造难题,而且显著减小了发电机的尺寸,解决了飞机液压机构低温漏油问题,满足了中航工业旗下115,114,618三家重要装备创新的急需。云顶国际4008开发的碳化物-钢铁/钢双金属复合产品耐磨特性、抗冲击能力强,显著延长了系统工作寿命,解决了普通管道易磨损泄露的问题;西安天力金属复合材料有限公司开发的超大幅面薄型钛/钢复合板质量稳定,具有优良的耐腐蚀性能。

3. 结题验收评价

主持完成了科技部863课题(合作)1项,国家自然科学基金项目6项,陕西省重点科技创新团队1项,均顺利通过验收并结题。

4. 发表论文及专利

   项目研究内容在国内外知名学术期刊《Journal of Alloys & Compounds》、《Materials Characterization》、《Materials and Design》、《Ceramics International》、《International Journal of Refractory Metals & Hard Materials》、《Surface & Coatings Technology》、《Engineering Failure Analysis》、《SCIENCE CHINA- Technology Science》等发表学术论文60篇,其中SCI收录论文49篇。项目核心内容申请发明专利40项,已授权32项。

四、主要知识产权目录

 

 

五、推广应用情况

项目成果开发了四个系列双金属复合构件的制备技术,形成产品60余种,系列装备3套,双金属复合产品分别装机在高压开关(组合电器)、飞机液压机构、航空用混合励磁发电机、冶金矿山物料输运系统,大型电厂脱硫脱硝系统等重要工程中。近3年产生直接经济效益1.97亿元,间接经济效益10亿元(部分)。

 

六、主要完成人情况

姓名

梁淑华

排名

1

行政职务

教务处处长

技术职称

2级教授

工作单位

西安理工大学

完成单位

西安理工大学

对本项目主要学术和技术创造性贡献

作为“重要工程装备中特种双金属构件制备技术及其应用”项目的负责人,带领团队成员开展应用基础研究、工艺方案设计、装备开发及规模化生产与推广应用等方面的相关工作。主要贡献在于提出难熔金属/导电铜合金双金属构件、不锈钢/耐磨铜合金双金属构件、合金钢/隔磁铜合金双金属复合构件的制备技术及装备的顶层方案设计及提出主要创新点。通过基体材料与结构的匹配优化设计,从宏微多尺度发掘了材料与结构的潜力,突破了现有设计极限;采用特种连接和复合制造,探索出系列复杂构件整体制造新方法及相应装备,实现构件性能的精确调控,并实现了产业化。

姓名

许云华

排名

2

行政职务

校长

技术职称

2级教授

工作单位

榆林学院

完成单位

西安理工大学、云顶国际4008

对本项目主要学术和技术创造性贡献

碳化物-钢铁/钢双金属复合构件(产品)制备技术及系统的主要发明者与实践者。发明了连续液固、固固两步原位反应技术,提出碳化物体积分数和尺寸在基体中梯度分布的设计思路;开发了不同规格、不同形状整体复合的碳化物-钢铁/钢双金属异型管道,实现了碳化物-钢铁/钢双金属复合材料(产品)的设计、制备、装备开发与规模化生产。

姓名

邹军涛

排名

3

行政职务

院长助理

技术职称

副教授

工作单位

西安理工大学

完成单位

西安理工大学

对本项目主要学术和技术创造性贡献

作为合金钢/铜合金双金属复合材料(产品)的主要完成人。自主研发了与合金钢匹配的铜合金,揭示了多组元铜合金与合金钢界面的扩散规律,掌握了界面过渡层的形成机理,提出了同(近)质元素诱导扩散思路,建立了双金属材料的界面过渡层的形成模型;同时采用熔渗-扩散的非焊接方法将其与合金钢高可靠地复合在一起,保证界面无缺陷,且断裂不再发生在界面上,使隔磁与导磁一对矛盾的功能在转子一个构件上实现,真正实现了发电机尺寸小、重量轻、结构简单的目标。

姓名

付永红

排名

4

行政职务

技术职称

高级工程师

工作单位

云顶国际4008

完成单位

云顶国际4008

对本项目主要学术和技术创造性贡献

碳化物-钢铁/钢双金属复合材料(产品)制备技术及装备开发与推广应用的核心成员,完成了碳化物-钢铁/钢双金属复合材料(产品) 的部分产品制造,与相关应用单位就产品使用与推广开展紧密合作。

姓名

樊科社

排名

5

行政职务

总经理

技术职称

高级工程师

工作单位

西安天力金属复合材料有限公司

完成单位

西安天力金属复合材料有限公司

对本项目主要学术和技术创造性贡献

通过对爆炸制坯+轧制工艺不断探索,形成了协同控爆控轧组合技术,并成功将其应用于超大幅面超薄钛复层的复合板制备,解决厚复层钛钢复合板爆炸焊接、钛钢复合板坯异步轧制、轧制钛钢复合板热处理等工艺技术难以协同调控的难题,并将此工艺方法延伸至银钢复合板制造过程。

姓名

吴江涛

排名

6

行政职务

副总经理

技术职称

高级工程师

工作单位

西安天力金属复合材料有限公司

完成单位

西安天力金属复合材料有限公司

对本项目主要学术和技术创造性贡献

/钢双金属复合板材制备技术的主要发明者与实践者,揭示了钛/钢界面在爆炸焊接和热轧过程中的组织演变规律,开发了精准控制超大尺寸钛/钢复合板界面结合的技术,

姓名

杨晓红

排名

7

行政职务

技术职称

副教授

工作单位

西安理工大学

完成单位

西安理工大学

对本项目主要学术和技术创造性贡献

作为难熔金属/导电铜合金双金属复合材料(产品)制备技术及装备的主要参与者,完成了超细结构WCu和原位合成WC 强化WCu基体材料的制备,完成了界面结构的思路设计,主要通过在异质材料界面引入高熵合金,采用整体熔渗技术实现了难熔金属与铜合金界面的高可靠性连接。

姓名

钟黎声

排名

8

行政职务

技术职称

副教授

工作单位

西安理工大学

完成单位

西安理工大学

对本项目主要学术和技术创造性贡献

碳化物-钢铁/钢双金属复合材料(产品)制备技术及装备的主要发明者与实践者之一,完成了碳化物生成规律研究,主要在原位反应基础理论研究、原位反应材料体系开发以及典型产品的中试制造方面做出主要贡献。

姓名

武宏

排名

9

行政职务

技术职称

高级工程师

工作单位

云顶国际4008

完成单位

云顶国际4008

对本项目主要学术和技术创造性贡献

碳化物-钢铁/钢双金属复合材料(产品)制备技术及装备开发与推广应用的核心成员,完成了碳化物-钢铁/钢双金属复合材料(产品)制备技术、成套装备与示范线建设与应用推广,特别在技术装备开发方面做出主要贡献。

姓名

卓龙超

排名

10

行政职务

技术职称

教授

工作单位

西安理工大学

完成单位

西安理工大学

对本项目主要学术和技术创造性贡献

作为难熔金属/导电铜合金双金属复合材料(产品)的参与者,实施完成了钨纤维强化WCu材料的制备及组织性能分析,主要在纤维改性、纤维与颗粒界面强化及性能优化方面做出贡献。

姓名

黄杏利

排名

11

行政职务

工艺技术部副部长

技术职称

高级工程师

工作单位

西安天力金属复合材料有限公司

完成单位

西安天力金属复合材料有限公司

对本项目主要学术和技术创造性贡献

双金属复合板材制备技术及装备的主要实践者,通过控制爆炸工艺确定了获得适宜轧制的初级爆炸组织结构,通过异步多道次热轧获得适宜的轧制后组织,进而保证了钛钢复合板界面强度及其稳定性,并拓展实施到银/钢复合。

 

七、完成人合作关系说明

所列完成人名单内,第2完成人许云华为研发团队核心之一,主要负责碳化物-钢铁/钢双金属复合材料(产品)制备技术及装备开发的研发和技术推广,与第1完成人合作申请相关专利14项;第3完成人邹军涛、第7完成人杨晓红、第10完成人卓龙超均为研发团队骨干,全程协助第1完成人进行技术开发、全部试验研究工作,有项目合作、共同发表论文、专利若干;第4完成人付永红、第9完成人武宏为课题合作方,第8完成人钟黎声为课题骨干,参与了物-钢铁/钢双金属复合材料(产品)制备技术及装备开发的联合研发工作,合作申请发明专利14项。第5完成人樊科社、第6完成人吴江涛及第11完成人黄杏利为产学研合作方,在进行技术开发和工业化应用过程中,第1完成人和第3完成人等提供技术咨询和分析,樊科社和吴江涛与第一完成人合作申请专利2项。

名单内所有人员都为本项目技术成果的主要参与人员。

 

八、主要完成单位排序及贡献

 

单位名称

西安理工大学

排名

1

所在地

陕西西安

对本项目主要贡献:

作为“重要工程装备中特种双金属构件制备技术及其应用”项目的第一完成单位,提出了主要发明点的设计思路,主要围绕难熔金属/导电铜合金双金属复合构件(产品)的制备技术及装备开发、不锈钢/耐磨铜合金双金属构件(产品)及制备技术及装备开发、合金钢/隔磁铜合金双金属构件(产品)制备技术,与云顶国际4008一起针对碳化物-钢铁双金属复合材料(产品)展开研究。通过基体材料与结构的匹配优化设计,从宏微多尺度发掘了材料与结构的潜力,突破了现有设计极限;采用特种连接和复合制造,探索出系列复杂构件整体制造新方法及相应装备,实现构件性能的精确调控,并实现了产业化。

 

单位名称

云顶国际4008

排名

2

所在地

陕西西安

对本项目主要贡献:

作为“重要工程装备中特种双金属构件制备技术及其应用”项目的第二完成单位,主要围绕碳化物-钢铁双金属复合材料(产品)展开研究,发明了连续液固、固固两步原位反应技术,开发了不同规格、不同形状整体复合的碳化物-钢铁/钢双金属异型管道,对管道的易损部位进行偏心、加厚复合,实现整体管道的等寿命设计,解决了异形管道无法整体复合的难题。

单位名称

西安天力金属复合材料有限公司

排名

3

所在地

陕西西安

对本项目主要贡献:

作为“重要工程装备中特种双金属构件制备技术及其应用”项目的第三完成单位,主要围绕/双金属复合板材(产品)展开研究,开发了精准控制超大尺寸钛/钢复合板界面结合的技术,揭示了钛/钢界面在爆炸焊接和热轧过程中的组织演变规律,以此为依据,通过控制爆炸工艺确定了获得适宜轧制的初级爆炸组织结构,通过异步多道次热轧获得适宜的轧制后组织,进而保证了钛钢复合板界面强度及其稳定性;形成了协同控爆控轧组合技术,并成功将其应用于超大幅面超薄钛复层的复合板制备,并在银钢复合板中拓展应用。

 

九、完成单位合作关系说明

云顶国际4008作为本项目的第二完成单位,双方在碳化物-钢铁原位复合技术开发、不同形状整体复合的碳化物-钢铁/钢双金属异型管道产品制备过程进行了合作,其中与西安理工大学合作完成863课题1项,承担了碳化物-钢铁/钢双金属试验研究、技术开发、成果转化等系列工作。

西安天力金属复合材料有限公司作为本项目的第三完成单位,与西安理工大学是产学研合作关系,西安理工大学为天力公司产品开发提供分析和咨询;另合作陕西省重点研发计划一项,合作申请专利2项,是本项目双金属复合板材技术研发的主要单位和重要应用单位。

十、主要论文专著目录

十一、知情同意证明

 

共有6名学生在攻读博士学位期间参与了项目的研究,作为第一作者发表论文,经征得本人同意,成果完成人中未出现,以下为知情同意书。

 
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