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哈工大项目

来源:  点击数: 更新时间:2016-08-04

 成果名称:超高强稀土镁合金

 

(1)           项目简介和研究内容

哈工大镁合金研究所和东北轻合金有限责任公司合作,突破了超高强(抗拉强度大于500MPa)稀土镁合金的材料设计、大尺寸铸锭的半连续铸造技术、成形加工及热处理等关键技术。采用半连续铸造技术制备了质量优良的大型超高强Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金铸锭,铸锭直径达350毫米、长度达2300毫米、重量达500公斤,是国内外公开报道的最大尺寸超高强稀土镁合金铸锭经过挤压、轧制变形和时效处理后,Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的抗拉强度已达500MPa以上。Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金轧制板材的抗拉强度已达517MPa,是目前国内外公开报道的采用常规铸锭轧制工艺制备的最高强度镁合金板材。

(2)           主要技术指标及水平
室温抗拉强度大于500 MPa,屈服强度大于450 MPa,延伸率4-10%

室温拉压屈服对称性大于0.85

200 oC的拉伸屈服强度大于300 MPa, 抗拉强度大于400 MPa

耐热性能和抗蠕变性能均显著优于WE54A高强镁合金。

(3)           应用领域
  
本项目开发的超高强稀土镁合金(抗拉强度大于500MPa可用于军用飞机的飞机发动机、飞机框架、螺旋桨、机匣和落地轮等构件;导弹的舱段、蒙皮、壁板、尾翼、隔舱版、发动机罩等构件;火箭壳体;卫星的框架、支持件、拉杆件、连接件、井字梁等构件;穿甲弹弹托;装甲防护构件等。超高强稀土镁合金还可用于民用交通运输构件,如民航飞机、高速列车及赛车构件,如轮毂、坐椅架、车身零件、汽车底盘承载件等。

 

(4)           前景及效益
   
轻质超高强镁合金在航空航天、军工和其它高技术领域具有极大的应用潜力,对降低航天飞行器的发射成本和提高运载能力、改善飞行器的飞行姿态,对提高武器装备的机动性、战斗力,乃至对国家防卫和安全均具有重大战略意义。此外,轻质超高强镁合金可促进交通工具轻量化,降低能耗,减少污染、改善环境,取得显著的社会效益。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

电子封装用复合材料

一、项目简介

本材料具有与SiGaAs相匹配的热膨胀系数,又保持金属的高导热特性,而且还要有足够的机械强度、气密性、易加工等特性,同时还具有密度高、材料纯洁度高、热膨胀系数可根据用户要求进行调整、导热性能好、高的机械强度等特点。

二、主要技术指标

1SiCp/Al复合材料复合材料(专利号:ZL94117266.XZL03105532.X

 材料

密度

g/cm3

热膨胀系数

10-6/ْC

电导率

MS/m

热导率

W/(m٠)

弯曲强度

MPa

弹性模量

GPa

高致密型

3.03.1

7~11

5~6

>160

>750

150220

Si/Al

2.4~2.6

7.8~10.0

4~6

>120

>350

95~120

 

三、应用领域

微波器件、大功率IGBT模块、电力电子模块、大功率通用元件、LED芯片衬底等多种电子(或光电子)器件封装中。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

非晶金刚石薄膜的研究及应用

一、概述

本项目的研究目标是:采用过滤阴极真空电弧、磁控溅射等技术制备非晶金刚石复合膜系,研究薄膜的结构和性能,并应用于光伏发电、声波器件、电化分析、耐磨保护以及红外光学等不同领域。

二、主要发明和创新点

本项目获得授权发明专利18项,授权软件著作权登记5项,主要发明点按照非晶金刚石薄膜的应用领域分列如下:

发明点之一:发明了以p型掺硼非晶金刚石为窗口层的非晶硅太阳电池,提高了光电转化效率,进而发明了半导体结为碳材料的薄膜太阳电池。

发明点之二:发明了非晶金刚石为增频衬底的高频薄膜表波器件,进而发明了非晶金刚石为布拉格反射栅高声阻抗层的高品质固贴式薄膜体波器件。

     发明点之三:发明了掺磷非晶金刚石(ta-C:P)分析电极,实现了多种重金属离子共存体系的鉴别和体液环境中痕量生命活性物质的检测,并以分子动力学为手段从晶格振动光谱学的角度分析了非晶金刚石薄膜的掺杂机制

发明点之四:发明了非晶金刚石为耐磨保护层的热敏打印头延长了使用寿命,进而发明了非晶金刚石为绝缘导热层的LED印刷电路板,提高了发光效率。

 
 

(

 
 


发明点之五:发明了非晶金刚石复合膜系和大尺寸平面/半球面均匀沉积方法,设计了宽波段全角度增透保护膜系的高效方法,实现了硫化锌、钙铝玻璃、氟化镁、锗等红外窗口/整流罩的增透保护。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

项目名称:高强高模PBO纤维制备关键技术

PBO纤维具有高比强度、高比模量、高抗冲击性、超强的耐热性、优良的化学稳定性等优异性能,被誉为21世纪的超级纤维之王。

研究内容:

PBO单体制备、聚合物连续制备、液晶纺丝、后处理工艺研究和纤维性能表征;纤维表面处理技术研究和防弹抗冲击等军用复合材料设计制造及机理研究。

主要技术指标及水平:

连续化制备的PBO纤维达到以下技术指标:

(1)        纤维直径:1014μm

(2)        密度:1.5-1.6g/cm3

(3)        力学性能:拉伸强度5.0GPa (ASPBO)4.5GPa (HMPBO)

拉伸模量 170GPaASPBO)、250GPaHMPBO);

(4)        耐热性:热分解温度 650,极限氧指数 68

(5)        纤维连续长度:>3000m

(6)        生产规模:10/年。

形成一批具有自主知识产权的独有技术,申请专利17项,已授权13项,发表相关论文60余篇。

应用领域:

该纤维在宇航、武器装备以及民用等高新技术尖端领域发挥其卓越的贡献。

主要应用在:

1.高级轮胎帘子线和轻质高强度缆绳

2.高级运动器械材料

3.光缆增强护套材料

4.高温耐腐隔热过滤材料

6.国防军事领域

前景及效益:

高性能PBO纤维研发及量产将打破国外技术封锁和垄断销售,带动高性能有机纤维PBO及复合材料等行业发展,满足国家重大工程和引领传统产业升级换代的迫切需求,实现化纤行业从大国向强国过渡,对于加快我国新材料战略性发展具有重要意义。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

成果一、高性能挤压铸造碳化硅晶须增强镁基复合材料

1、项目简介和研究内容

采用高性能碳化硅晶须(SiCw)为增强体,镁合金为基体,采用挤压铸造技术制备出高性能碳化硅晶须增强镁基复合材料,铸态复合材料弹性模量达80GPa,室温抗拉强度大于350MPa,性能指标达到国际先进水平;并成功挤压出镁基复合材料的各种型材,经热挤压后复合材料屈服强度大于450MPa,抗拉强度超过550MPa。复合材料的铸锭、挤压管材和型材分别如下图所示。

 

2、主要技术指标及水平

复合材料的主要技术技术指标如下表所示。与合金相比,复合材料力学性能大幅提高。

 

材料

状态

SiCw体积

分数(%)

密度

g/cm3

弹性模量(GPa

屈服强度

MPa

抗拉强度

MPa

延伸率

%

AZ91

挤压铸造

0

1.82

45

90

188

11.7

SiCw/AZ91

挤压铸造

20

2.08

86

240

370

1.1

SiCw/AZ91

挤压铸造

+热挤压

20

2.08

100

480

560

1.3

 

3、应用领域

该复合材料具有很高的比强度和比刚度,主要应用于航空航天的轻量化领域,在各种飞行器的结构轻量化方面应用前景广泛。

4、前景及效益

该复合材料是附加值较高的先进材料,在轻量化的高端领域应用前景广泛,效益可观。


成果二、高性能低成本搅拌铸造碳化硅颗粒增强镁基复合材料

1、项目简介和研究内容

采用高性能廉价碳化硅颗粒(SiCp)为增强体,镁合金为基体,采用搅拌铸造技术制备出碳化硅颗粒增强镁基复合材料的大尺寸铸锭(直径350mm,高500mm,重达100kg),具备大尺寸碳化硅颗粒增强的小批量生产能力,填补国内该项技术空白,性能指标达到国际先进水平;并成功挤压出颗粒增强镁基复合材料较大口径无缝管材。复合材料的大尺寸铸锭和挤压管材分别如下图所示。

2、主要技术指标及水平

复合材料的主要技术技术指标如下表所示。同类复合材料达到达到国际先进水平

 

材料

屈服强度

(MPa)

抗拉强度(MPa)

弹性模量

(GPa)

延伸率(%)

AZ91

72

183

43

7

铸态

123

160

65

0.5

挤压态

261

340

85

1.7

 

3、应用领域

该复合材料具有较高的比强度和比刚度,成本较低,除了在各种飞行器的结构轻量化方面应用前景广泛外,在汽车和轨道交通等领域应用前景也十分广泛,因此具有广泛的商业化应用前景

4、前景及效益

该类复合材料成本低,性能良好,可大规模生产,在轻量化的各种领域应用前景广泛,效益十分可观。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

基于Si-M/C负极的高比能量锂离子电池研制

1、项目简介和研究内容

    本项目针对硅基材料循环稳定性差、首次不可逆效率低等问题,提出分别采用机械复合以及壳层包覆等方法制备具有良好微观结构的Si基负极材料,进一步通过材料制备工艺和电极制备工艺的优化,获得高可逆容量、良好循环稳定性的高性能负极材料。通过对电极制备工艺的改进、电解液的匹配选择以及正极相容性的研究,得到高比能量的锂离子电池。

2、主要技术指标及水平

    该项目成功研制了Si/FeOx/C负极材料,首次放电比容量达到1038mAh/g310次循环后材料的比容量达到1013mAh/g;利用工业硅粉制备了高比容量的硅/石墨/热解碳负极材料,且原料来源丰富,价格便宜,工艺简单,材料首次放电比容量为1008mAh/g,首次效率83.6%,第320次循环的放电比容量为566mAh/g,基于该材料的电池比能量可达213Wh/kg

3、应用领域

    该项成果适用于电动汽车和储能等对电池比能量和循环稳定性要求较高的应用领域。

4、前景及效益

    本项目从高容量负极材料入手开发了高比能量的锂离子电池体系,所研制的硅基锂离子负极材料具有比容量高、原材料来源丰富、价格便宜等有优点。通过此项目的中试和产业化推广,进一步通过技术的改进和产品的升级,可以开拓我国高容量锂离子电池的市场,如电动车电池和笔记本电脑电池领域,推动我省电池与电池原材料相关企业的技术升级,提升企业在国内外的竞争力,为我省经济腾飞做出更大贡献。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

集诊断与治疗于一体的新型多功能造影剂

 

   随着超声和CT等新的医学诊断成像技术推广和普及,全球造影剂市场销售额从2000年的66亿美元上升至2010年的190亿美元,且每年以6-8 %的速度增长。我国的造影剂市场销售额每年以25-30 %的速率递增,市场潜力巨大。目前国内临床上所使用的造影剂几乎全部依赖进口,因此,开发具有我国自主知识产权的造影剂是一项十分迫切的任务。课题组在国际上率先将高分子微胶囊和金纳米壳结合研制了具有我国自主知识产权的集癌症超声诊断与光热治疗于一体的多功能造影剂。

创新点1)金纳米壳在近红外区有较强的吸收,经近红外光照射后,可将吸收的光能转化成热能,使病变区域范围内的温度升高,杀死恶性肿瘤细胞,对肿瘤进行光热治疗,避免了传统化疗药物对人体的毒副作用;2)通过超声成像可确定肿瘤的部位与大小尺寸,用激光对肿瘤进行定点清除,避免对正常组织的损伤,提高诊治效率;3)通过超声成像监控治疗过程和评价治疗效果;4)对于实现癌症诊治一体化、减少给药次数、降低毒副作用和医疗费用等方面均具有重要意义,为开发先进的癌症诊断治疗技术提供了新理念和方法。

研究成果被Angew Chem Int Ed作为热点文章发表并先后分别被《自然-材料学》、以及德国的Chemistry Views和英国的Nanotechweb等专业网站作为研究亮点进行推荐报道。国家自然基金委网站将其作为基金要闻进行了报道。同时Sonoworld.comInnovations-report.comNanowerk.comPhysorg.com等多个著名国际专业和技术网站进行了转载。科技日报》以头版新闻进行了报道。香港《文汇报》、凤凰资讯网、新华网、中国日报网、搜狐网、网易等各大媒体进行了报道与转载。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

金属橡胶阻尼减振技术

主要研究内容

金属橡胶阻尼减振技术是技术含量很高的关键技术,利用该技术可以制备出不同结构参数和性能特点的金属橡胶隔振器。金属橡胶隔振器中的弹性阻尼元件是以金属丝为原材料,不含有任何普通橡胶,但经过特殊工艺成型后,阻尼元件却具有普通橡胶一样的弹性,工作中通过弹性元件变形产生的结构阻尼和元件内部金属丝接触点产生的干摩擦实现阻尼减振,具有良好的抗冲击和过临界性能,是高低温、大温差、强辐射及腐蚀环境下普通橡胶隔振器的最佳替代品。

技术指标

适用的工作温度-80℃1000℃,固有频率小于30Hz,阻尼系数可达0.35,承载能力高,范围广,能够承受空间载荷作用。金属橡胶隔振器的刚度具有非线性,改变其预变形量,可以使隔振器具有良好的过临界性能。

应用领域

金属橡胶隔振器适用于各种民品特殊工况下的阻尼减振,在高温、低温、大温差、高真空、强辐射及腐蚀环境下具有优良的阻尼减振性能。哈尔滨工业大学金属橡胶技术研究开发中心是我国金属橡胶技术研究领域最具研发实力的团队,与俄罗斯具有联合实验室和良好的合作关系。

主要应用成果

12003年,获黑龙江省科学技术二等奖和国防科工委科学技术三等奖各一项;

2、已获中国发明专利和俄罗斯发明专利各一项,实用新型专利5项;

3、已开发研制多种规格尺寸和不同性能特点的金属橡胶隔振器,可供不同工况选用。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

项目名称:

精密陶瓷轴承及集成测试装备(2010年度国家技术发明二等奖)

项目简介:

轴承技术是高端机械装备的共性基础技术,是航空航天、高速铁路、新能源、高档数控装备等领域复杂高精度智能装备的核心关键技术之一。先进轴承技术融合了摩擦学、非线性动力学、材料表面与界面科学、材料成型与超精密加工、表面无损检测等多学科理论与方法,是高端装备关键基础件的典型代表。

哈尔滨工业大学航空宇航摩擦学研究中心从1980s开始从事陶瓷轴承技术的基础和应用技术研究。建立了面向工况的轴承精确设计与性能仿真分析方法;建立了工况模拟及轴承性能评测装置和加速寿命实验方法;发明了跨越超低温常温和中温区的自润滑复合材料;发明了表面抗疲劳增强及润滑改性装置及方法;发明了陶瓷表面超精密低损伤加工和自动无损检测方法;突破了大温差高速重载自润滑、抗疲劳、可靠性、陶瓷缺陷无损检测等技术瓶颈,形成了高可靠陶瓷球轴承核心技术并拥有完全知识产权,获得2010年度国家技术发明二等奖。

主要技术指标及水平:

陶瓷球轴承在固体润滑、液氢液氧液氮等超低温介质中工作dn值(轴承内径乘以工作转速)240mm.r/min;最高转速70000r/min;最大动态接触应力3.2GPa;寿命指标达全钢轴承5倍。技术指标处于国际先进水平。

应用领域、前景及效益:

研究成果已应用于航空航天型号发动机、涡轮增压器等超高速轴承,突破了高速轴承极限性能指标对主机可靠性、稳定性和寿命的制约;正在推广应用于高档数控装备、高速能源机械等,极大降低行业高端需求的对外依赖,提高核心竞争力,具有重要经济和社会效益。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

连续纤维增强金属基复合材料包覆挤压工艺

主要研究内容

开发了正向包覆挤压法用于Pb-GF新型复合丝材生产工艺,该工艺具有生产简单,设备要求较低,生产效率较高,产品质量好等特点。同时该种新型包覆挤压工艺具有进一步深化研究的广阔前景,通过改变材料的类型,可以进一步开发出更多的新型长纤维增强材料,如铅碳纤维增强材料、铝玻璃纤维增强材料、铝硼纤维增强材料等一系列长纤维增强材料,这些材料和工艺的应用价值将为金属基长纤维复合材料应用开辟新的途径。

应用行业

近十年来,连续纤维复合丝材由于其广泛的市场需求,也越来越受到人们的重视。铅—玻璃纤维(Pb-GF)复合丝材在电动汽车(EVs)和混合型汽车(HEVs)电源栅板,防辐射织物,隔音降噪材料等领域出现了广泛的市场需求。

技术指标

连续纤维增强金属基复合材料生产新型包覆挤压工艺可以采用两种不同的包覆挤压方案:正向包覆挤压和侧向包覆挤压。

正向包覆挤压:温度,300℃,挤压力,200KN,包覆速率:22M/min

测向包覆挤压:温度,300℃,挤压力,420KN,包覆速率:22M/min

采用包覆挤压的新型工艺生产的Pb-GF复合材料具有抗拉强度高,导电性能好等特点。该种新型丝材其直径虽然只有0.75-1.0mm,但其强度却高达110MPa,是同等纯铅强度的10倍。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

磷化锗锌晶体生长与器件制造

一、项目简介和研究内容

磷化锗锌晶体是一种新型的中远红外波段非线性光学材料,可实现激光器的小型化、固态化和高功率输出,在民用和军事领域具有广泛应用。目前国际上只有美俄掌握该晶体的生长技术,国内哈工大化工学院是最早开展该晶体研究的单位,也是国内唯一掌握该技术的单位,获得国家发明专利6项。

该项目在研制过程攻破5项关键核心技术:(1) 成炉、生长炉、退火炉设计;(2) 高纯、单相多晶原料合成工艺;(3) 大尺寸、高质量晶体生长工艺;(4) 晶体无挥发、避免组分偏离化学剂量的退火与后处理工艺;(5) 器件工艺:包括精密光学加工和镀膜工艺。

二、主要技术指标及水平

生长的晶体各项技术参数与性能指标均已达到或超过国际同等水平。晶体指标:晶体尺寸φ42×120mm3-8µm吸收系数< 0.01cm-12.05µm吸收系数< 0.05cm-1;器件指标:器件尺寸10×10×15mm;有效通光孔径80%;通光面平行度<2arcmin;通光面垂直度<15arcmin;定向偏差<0.5°

三、应用领域

该晶体材料和器件在民用和国防领域的需求非常突出和迫切,民用领域可应用于红外光谱,红外医疗器械,药物检测,红外光刻,大气中有害物质的监测,远距离化学传感,红外激光,深空探测等;国防领域可应用于星载、机载、舰载、弹载激光器,夜视仪,战场中生化武器甄别,作战目标仿真模拟等。

前景及效益

目前该项目正在进行产业化推广,2010年上半年完成了设备的安装调试,制造的磷化锗锌器件已提供工信部11所、54所、航空工业总公司613所、法国国家宇航中心等单位测试和使用。晶体价格为10,000-15,000美元/cm3;器件(10×10×15mm)价格15,000-20,000美元/块,目前国内外各方年需求器件达1000块,需求仍在快速增加。

 

 

 

 

 

铝基复合材料超声波辅助钎焊技术

1、项目简介和研究内容

对于双相体组分的铝基复合材料来说,基体铝合金表面g-Al2O3膜妨碍其与填充焊接材料形成冶金接合,增强体陶瓷材料与填充焊接材料的物理、化学性质差异很大,也很难相互润湿复合。本研究提出了“焊接过程中施加超声波振动能量促进润湿与复合”的思想,揭示了“超声波作用下铝基复合材料氧化膜破碎机制”和“陶瓷颗粒与液态合金复合作用机制”,发明了超声波辅助钎焊系列技术超声波辅助焊缝复合化系列技术以及“非真空半固态振动流变连接技术”,实现了非真空条件下铝基复合材料复杂构件、高质量的可靠连接。还可以用于铝合金、钛合金、铜、陶瓷、玻璃等及其异种材料的可靠连接。

2、主要技术指标及水平

(1) 依靠超声-毛细复合作用原理使填充焊接材料填入焊缝间隙内,实现非真空条件下超声波辅助钎焊技术

(2) 发明了超声波辅助钎缝复合化技术,实现母材的溶解层与液态钎料合金进行原位复合直接填充复合的焊缝,得到的焊缝的力学性能与母材接近(90)

(3) 利用处于半固态钎料中固相晶粒冲击、剪切被焊材料表面,破碎并去除表面氧化膜,实现了振动辅助半固态钎焊技术。

(4) 自主开发了低温钎焊材料及其颗粒增强的复合材料钎料、超声波辅助钎焊装置

3、应用领域

本研究成果适合用于卫星光电系统平台铝基复合材料大尺寸、复杂三维结构件的焊接。

4、应用前景

目前已完成了技术原理研究、试验设备研制、钎料合金研制工作,成功地用于相机内外框架、卫星光机系统框架结构、拼接基座、棱镜支架、端框、正视镜头小镜框的焊接生产或研制。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

成果名称:纳米结构热喷涂强韧耐磨抗蚀陶瓷涂层

(1)      项目简介和研究内容

磨损、腐蚀、疲劳是机械零部件的三大主要失效形式。中国工程院相关统计表明我国因为磨损和腐蚀造成的损失约占GDP9.5%纳米结构陶瓷涂层为有效解决材料磨损和腐蚀问题带来了新希望。热喷涂是广泛应用的表面陶瓷涂层制备技术。纳米粉末再造粒技术的问世,使制备纳米结构热喷涂涂层成为可能,于是开创了纳米表面工程新时代。

美国纳米集团采用王铀教授发明的纳米技术制造出了具有十分优异的强韧性能、耐磨抗蚀性能、抗热震性能及良好的可加工性能的纳米陶瓷涂层。这一在世界上首获实际应用的热喷涂纳米结构涂层技术被美国海军称之为一项革命性的先进技术,并已被广泛应用于军舰,潜艇,扫雷艇和航空母舰设备上的数百种零部件上。2001年,该技术获得被美国媒体誉为应用发明诺贝尔奖的世界研究开发百项奖和美国国防部军民两用先进技术奖

现在,该技术发明人王铀已将先进纳米陶瓷涂层技术带回移植国内并进一步创新。200611月底,中船重工集团主持召开了“高性能精细纳米陶瓷喷涂材料研究”项目验收暨技术鉴定会,以著名科学家张立同院士为主任委员的项目验收暨鉴定委员会认为该项目技术先进,取得了多项创新成果,成功解决了陶瓷涂层韧性低和抗热震能力差的两大难题,与处于世界领先水平的美国海军在用的热喷涂纳米结构陶瓷粉体材料相比,主要性能达到了同等水平。

2008年,王铀课题组承担的省自然科学基金项目“纳米结构热喷涂强韧耐磨抗蚀陶瓷涂层”课题顺利通过验收。2011年,王铀课题组的“纳米粉体调控提高陶瓷材料及其涂层的性能研究”项目获黑龙江省高校科学技术奖二等奖

(2)       主要技术指标及水平

所开发出的纳米结构氧化铝/氧化钛陶瓷涂层比目前广泛使用的商用美科130涂层有着高出3-10倍的耐磨性,高出1倍的抗蚀性,高出1倍左右的断裂韧性,高出1-2倍的结合强度和抗热震性能,高出5-10倍的疲劳抗力。

(3)       应用领域

高性能纳米结构陶瓷涂层可大幅度提高材料或零部件的硬度、韧性、耐磨性、抗腐蚀性,耐高温性能。可广泛应用于航空航天、船舶制造、冶金、轧钢、大型机械装备、矿山机械、采煤机械、大中型陶瓷轴承、飞机、汽车、铁道列车、城市地铁和轻轨列车、武器装备、纺织机械、发电设备等领域,用途极其广泛。

(4)       前景及效益

纳米结构热喷涂陶瓷材料及涂层在大量的需要耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳性能的零部件上有着广阔的应用前景。该纳米涂层已给美国军方带来了相当可观的经济效益。该纳米涂层也已在哈工大研发的登月月球车零部件上、中船重工712所承担的军用直线电机零部件上、和兵科院承担的军方火炮炮管内壁中获得成功应用。哈尔滨新科发电设备有限公司、哈尔滨新世科技有限责任公司、哈电集团阀门公司也已试用这种涂层。

 

 

 

 

 

              量化整体成形技

哈尔滨工业大学液力成形工程研究中心在国内首家系统地开展了内高压成形机理、工艺、模具和设备研究与开发,在国家自然科学基金、总装预研等项目支持下、经十余年深入系统研究,形成自主知识产权关键技术,打破国外技术封锁和设备垄断,在汽车行业大批量应用,解决多项国防重点型号研制关键问题,成为世界三大研发基地之一,2010年获得国家科技进步二等奖。主要创新成果:1)建立了内高压成形理论体系;2)发明了提高膨胀率和控制壁厚均匀的方法;3)发明了小圆角低压成形方法;4)攻克了数控内高压成形设备核心技术。

研制出多台工业生产用内高压成形设备,工艺和模具成套技术提供给一汽轿车等企业,实现副车架等汽车底盘关键件100余万件大批量应用,为自主品牌汽车提高核心竞争力提供核心技术与装备。多种产品应用于长征火箭、神七舱外航天服和飞机等国防重点型号。授权发明专利15项,培博士20名、硕士52名。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

特种复合材料高压气瓶制造技术

主要研究内容

该复合气瓶是一种新型的以金属材料为内衬,使用特种纤维缠绕的大尺寸高压气瓶。

结构分析与优化设计:基于复合材料所特有的性质,研究缠绕层材料的粘弹性本构关系;在考虑固化度、化学反应热、缠绕压力、固化曲线和粘度等因素前提下,考察缠绕和固化过程中树脂的流动模型;研究缠绕张力对内胆约束塑性变形的影响;考虑材料、工艺和结构的一体化结构分析与优化的设计方法。

缠绕成型工艺研究:在结构分析与优化的基础上,根据理论分析的结果,对于筒身直段与封头端均确定最佳缠绕工艺和型面结构设计型式。在满足强度和刚度的条件下,要达到重量最轻、安全可靠性最高这一目的。

结构健康状况的智能监测:通过使用先进的智能监控手段,对其工艺全过程的全结构应力场及温度场进行实时监控。

主要技术指标及水平

1、研究出符合国情的高压气瓶的结构分析和方案优化方法。

2、建立特种复合材料高压气瓶的设计标准。

3、开发、建立一整套质量考核、验证和评价特种复合材料高压气瓶的试验装置。

4、制造出体积为20、质量小于6Kg、工作压力为40Mpa、爆破压力为70 Mpa的特种复合材料高压气瓶。

本项目的完成将使我国高压气瓶的研制由全金属压力容器向以金属为内衬的特种复合材料缠绕结构的高压气瓶迈进,从而在重量得到减轻的同时保证高压气瓶的安全可靠性,这一点无疑是具有重大的经济效益。例如可以使天然气汽车的天然气气瓶体积更大、更安全。所以该产品的的产业化前景非常光明,该产品的开发具有极其重大的社会效益。

应用领域

化工、机械、原子能、轻工、造船、冶金和海洋开发。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

新型高效快速油水分离材料

项目简介和研究内容

本项目将仿生技术与纳米技术紧密结合, 探索新型高效快速油水分离材料和技术,通过调控材料表面分子的化学组成、结构和表面形貌等,实现材料只吸油不吸水的特殊性质。

主要技术指标及水平

高吸油能力:吸油能力达到材料自身重量的³10倍以上

高吸油效率:只吸油,不吸水

循环使用性能:吸油次数³5

快速吸油能力:吸油时间≤1 min

热稳定性:在120下材料性能稳定

耐腐蚀性:适用于海水和pH=2-13的介质中

应用领域

本材料可应用于处理海洋溢油污染、实验室分析化学、城市污水处理等领域。

前景及效益

面对各国政府和公众对海洋石油污染的日益关注,纳米仿生技术将为解决海上石油污染提供新思路和新方法,必将有广阔的发展空间以及经济效益。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

形状记忆聚合物及其复合材料

航天学院 冷劲松教授

1、项目简介和研究内容

形状记忆聚合物的合成、表征、本构关系建模、多功能形状记忆复合材料的驱动方法研究,及其应用研究。

 

2、主要技术指标及水平

1)所研制的形状记忆聚合物的玻璃化转变温度为:60-150°C

2)建立了描述SMP玻璃体转化过程的玻璃体转化模型和一维本构模型;

3)给出了形状记忆铰链结构纤维屈曲产生的应变临界条件和屈曲产生后复合材料的破坏模式。

 

3、应用领域

主要在空间展开结构和变形机翼结构等领域。

 

4、前景及效益

形状记忆聚合物具有优异的记忆效应以及能对多种刺激做出响应的特性,使其在生物医学、智能仿生、微机械工程、航空航天领域及领域获得了广泛的应用,例如介入治疗用导管、血管支架、印刷薄膜、微流体驱动器以及航天器的可展开铰链等。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

仪表级SiC/Al复合材料

一、项目简介

高精度仪器仪表结构件,空间飞行器精密结构件要求材料必须具备高的尺寸稳定性,传统的铝合金已经不能满足要求,国内该领域面临着材料的更新换代。

二、主要技术指标(专利号:ZL94117266.X;ZL01101075.4)

比刚度较铝合金高两倍,尺寸稳定性超过RJY50铍;一阶振动模态较铝合金构件高1.4倍以上;密度低于钛合金35%,导热率高于钛合金近20倍。

三、应用领域

航空、航天及高精度仪表及机械零件材料。

四、前景及经济效益

已经实现产业化。在多个型号、器件上获得应用,社会、军事、经济效益巨大

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

撞击吸能复合材料

一、项目简介

本材料既有一定强度又能提供大变形量来吸收冲击能量的吸能材料,可以在例如汽车以外撞击时吸收撞击能量,减轻人员、设备的危险程度。本材料是通过在铝合金中加入空心球来实现撞击吸能效果的,通过调整孔洞尺寸、含量、合金成分可以调整材料的压缩屈服强度、吸能效率,本身具有一定的强度,可以单独作为结构件使用。

二、主要技术指标(专利号:ZL03100180.7ZL03200299.8

比重:1.2~1.4g/cm3;抗拉强度:50~70MPa;压缩屈服强度:50~160MPa;理想吸能效率:0.8~0.9;高速撞击,60~70%变形条件下,吸能能力40~80MJ/m3

 

 

三、应用领域

作为缓冲元件可以用于航天返回装置、防爆设备、航空、汽车防冲撞部件;战车、运兵车的防爆吸能装甲、也可以作为减震、降噪材料用于民用设施。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1000吨镁合金薄板带材中试生产线

镁合金比钢轻约是钢密度的1/41/5,是铝合金的2/3。镁合金同体积质量与塑料相当。具有高的比强度,比刚度,良好的电磁屏蔽性能导电性能,耐冲击、阻尼性能。可再生回收,被誉为21世纪不污染环境的清洁金属结构材料。

资源要求:地球表面、盐湖、海洋中存在大量镁合金资源可供开采,形容镁资源丰富,比喻镁产业可干到海枯不烂。我国是镁资源大国,约占世界贮量的40%以上。

能源要求:由于镁合金具有与低碳钢相比的强度,轻质,用于飞机、汽车、列车等一切运载工具及建筑具有降低自身重量提高有效栽荷,具有节约能源优势,在当今能源紧张的情况下,发展镁合金产业是必然的选择。

环境要求:镁合金可以再生回收,再利润,不污染环境,工程塑料是石油化工产品,且很难再生和降解,用镁合金替代工程塑料是欧美等发达国家一直努力的方向。

人类生存环境要求:在当今通讯、家用电器越来越普及,电磁幅射越来越严重危害人类健康,电磁防护成为人们越来越关注的目标,采用工程塑料制做各种家用电器,计算机,通迅设备外壳无法防电磁幅射,而镁合金具有良好的电磁屏蔽性能,能有效的保护人类健康。镁还是人体必须的微量元素与CakNaZa均属于人体不可缺少的元素。医用镁合金可以应用于医用介入与可消溶材料如心脏支架,骨拆固定钉、手术缝合线等。镁合金可用于干电池,空气电器不仅容量高,而且不污染环境,镁电池被认为属于清洁电池。从镁的资源丰富,环境友好,节约能源,对人体健康有利出发,人类社会发展镁产业早已获得全世界共识。

项目技术水平及成熟度:在当今世界大力发展镁产业及镁合金加工技术研究的热潮中,镁合金的铸造技术,防护技术研究已成熟,而且产业近十年来得到飞速发展。然而镁合金塑性加工技术研究进展缓慢,生产技术更是没有多大进展。任何一种金属材料,塑性加工技术的产业占70%以上,而铸造技术产业仅占20%25%。这主要是镁及镁合金室温塑性加工困难成材率低,生产效率低,成本高,价格昂贵,制约了镁及镁合金产业发展。

镁合金板材是镁合金主要产品,由于镁合金热轧或冷轧生产效率低成材率仅有40%左右,均认为依靠现在热轧技术无法解决。因而全世界均在探索铸轧技术,虽然世界各国均有铸轧技术中试生产线,但十几年来均没有形成正式生产线。因此认为铸轧技术不可能解决镁合金板材大规模生产技术问题。

本项发明技术属于纯塑性加工的轧制新技术,具有生产效率高成材率高、成本低、性能好等优势,基本上解决了镁合金塑性加工生产技术所需求的轧制技术、挤压技术、拉拔技术。

镁合金板材轧制生产效率比传统热轧技术提高了一倍以上,成材率从原有40%左右提高到左右提高到7075%。成本降低了一半,已接近钨合金板材轧制制造成本。且本项技术生产的镁合金薄板性能比传统技术的性能优越,镁合金板材塑性(延伸率)从传统技术的性能优越,镁合金板材塑性(延伸率)从传统的812%提高到20%以上。

本项发明技术已申报国家发明专利和国际发明专利,完全具有我国的自主知识产权。目前尚没有发现世界上有同类技术,已具有世界领先水平。

本项发明技术从工艺原理的研究已证明是完全正确的,具有坚实的工艺理论基础,实验室技术已研究完成,关键生产设备研制已基本完成,在实验室已研制成样机。生产线技术方案已确定。本项发明技术已具备了产业化技术水平,成熟度较高。

主要技术风险是关键生产设备的设计与制造,能否达到目的工艺要求。成熟度估计达到7080%水平,任何发明技术要建立自主知识产权产业均有风险。凭几十年来研究及产业化经验认为,本项发明技术,完全可形成大规模生产技术,为镁合金塑性加工产业建立寻找到一条切实可行的生产技术途径。

镁合金薄板带材轧制技术的主要技术创新如下:

发明了镁合金热轧新技术:从200mm厚铸锭轧制到3.54mm厚板材仅加热1次,轧制1113道次。传统国内外热轧制技术需加热35次,轧制2830道次,大幅度提高生产效率。

发明了本项热轧制技术的专用轧机

200mm厚铸锭热轧制到3.5mm厚板材,材料利用率达到75%以上,传统热轧制技术达到6065%,提高材料利用率10%以上。

本项目发明了AZ31镁合金薄板的温精轧制技术。一般24mm以下厚的薄板均需进行冷精轧制,因为冷轧制十分困难,道次轧下量小,轧制次数多,中间退火次数多,至今国内外均没有突破。

本项技术仅需4-5道次将4mm厚板材,温精轧制到0.50.6mm厚薄板,采用连续轧制技术,板材轧制道次间无需加热。极大的提高了生产效率,这是本项目最主要创新之一。

本项薄板温轧技术的材料利用率80%以上,总材料利用率达到60%以上,一般0.40.5mm厚薄板,常规轧制技术总材料利用率仅为3440%

本项薄板冷精轧制技术比传统冷轧制技术的两次退火间累积冷变形量从1015%提高到2025%。大幅度降低了中间退火次数提高了生产效率。更主要的是一般传统的冷轧后薄板的塑性低于热轧板材的塑性。而本项冷轧后板材的塑性可以达到热轧板材的塑性。

本项技术最重要创新是可以生产高塑性的热轧,温轧和冷精轧板材。镁合金室温塑性差一直是阻碍镁合金应用的重大障碍之一。传统AZ31B镁合金板材的塑性指标延伸率仅为812%AZ31A镁合金为1520%。而本项技术的AZ31B镁合金为20%以上,AZ31A镁合金为30%以上,完全解决了AZ31镁合金室温塑性差的难题。

 

等强度钢制车轮轮辋成形关键技术及成套装备

本项目针对当前我国汽车行业对轻量化的迫切需求,以新型轻量化等强度钢制汽车车轮制造为对象,开展新型车轮变壁厚轮辋强力旋压成形、焊接结构薄壁筒可旋性、轮辋精整成形以及车轮用钢应用开发等关键技术的研究,设计轻量化等强度车轮高精度轮辋强旋设备、自动上下料机构、薄壁筒精整专用模具和其他辅助设备,积极申报高档数控机床及基础制造装备科技重大专项,在我省形成具有自主知识产权的新型车轮制造技术和成套装备制造能力,打破国外的垄断,满足国内汽车车轮行业对新型车轮制造装备和技术的迫切需求。

近年来,国外车轮厂商对于轻量化等强度钢制车轮的研发非常重视,与设备制造商和整车厂商密切合作,先后开发出等强度车轮制造工艺和装备、大通风孔轮辐冲压技术、更高强度的车轮用钢材。在技术创新方面,改变传统的轮辋制造方法和技术路线,采用宽度较小的板坯进行卷焊,在钢圈滚压成形之前增加了强力旋压工艺,在原本厚度均匀的钢圈上分段进行旋压减薄和增高,在轮辋槽底和轮缘受力较大的地方保持材料的原始厚度,而在受力较小的地方减薄材料厚度,从而有效地减轻轮辋的重量并节省材料。与通常筒形件强力旋压不同,这种轮辋强力旋压技术是在厚度非常薄的(轮辋壁厚通常2.0-4.0mm)筒坯上一道次分段旋压成形。对于带有焊缝的钢制筒坯,一道次最大减薄率超过35%,其旋压成形技术难度非常大,对设备和工艺要求非常高。在装备创新方面,等强度车轮轮辋旋压专用装备的研发最为引人注目,如荷兰的FONTIJNEJ和德国的WF公司先后研制出了车轮轮辋旋压专用设备,并已经建立了高度自动化的包括旋压工艺的车轮轮辋生产线,不仅在车轮轻量化方面取得了显著效果,而且生产效率和材料利用率更高,产生了明显的经济效益和社会效益。目前,这种结合旋压技术的乘用车轮辋生产线在欧美已经开始使用。在德国大众的车轮生产工厂,轮辋旋压技术已经应用在生产线上。而国内尚没有同类轮辋旋压生产线。研究表明,采用旋压技术生产的轮辋零件能够减重10%以上。

目前,国外车轮轮辋专用旋压机价格昂贵,大约需要2000万元人民币,对我国车轮厂商技术封锁严重,并申请了专利保护。但是,筒形件强旋设备结构形式和工艺方法很多,既有卧式和立式不同结构,也有单旋轮、双旋轮和三旋轮不同旋轮布置方式,同时还有正旋和反旋不同旋压成形方法,国内已经在这方面积累丰富的经验,国外的技术壁垒和封锁是完全可以打破的。因此,开展具有自主知识产权的车轮旋压成形技术和装备的研究,对于促进我国汽车制造业自主创新和做大做强具有重要的战略意义。

高亮度LED用图形化蓝宝石衬底片加工技术应用研究

图案化蓝宝石衬底是以蚀刻(在蓝宝石C面干式蚀刻/湿式蚀刻)的方式,在蓝宝石基板上设计制作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案,实现控制LED的输出光形式(蓝宝石基板上的凹凸图案会产生光散射或折射的效果增加光的取出率),同时GaN薄膜成长于图案化蓝宝石基板上会减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的位错缺陷,改善外延片质量,并提高LED内部量子效率、增加光萃取效率。与生长在一般蓝宝石衬底片的LED相比,其亮度可以增加30%以上。由于该工艺原理简单,易于实现,并可大幅度提高LED亮度和寿命,成为现阶段开发高亮度大功率LED器件的首选衬底材料,以日本、韩国等发达国家为代表,已经开始大力推广图形化衬底片技术,并已实现2英寸图形化衬底的批量生产。目前国内尚无可批量生产高质量图形化衬底材料的企业,关键技术亟待突破,因此,开展2-6英寸图形化蓝宝石衬底的加工技术应用研究,为进一步推动我国高亮度LED产业的快速发展具有重要的现实意义。

高性能PBO纤维产业化项目

PBO(聚对苯撑苯并双噁唑)纤维具有优异的力学和耐热等性能,拉伸强度达5.8GPa,拉伸模量为270GPa PBO纤维是目前比强度、比模量最高的纤维,被认为是二十一世纪的超级纤维。目前仅有日本东洋纺公司有商品级PBO纤维出售,且对我国进行技术封锁,因此,国产化PBO纤维意义重大。项目研究主要包括高纯度PBO单体的制备,高效可控PBO聚合技术、高速连续化液晶纺丝技术及PBO纤维的高温热处理技术等。项目技术来自于哈尔滨工业大学。哈尔滨工业大学经过近十年的系统研究,在单体合成、PBO聚合、液晶纺丝、纤维改性、纤维表面处理及结构与性能研究方面积累了极具价值的技术、丰富的经验和大量的数据,并已获得具有自主知识产权的创新技术和成果。申请专利17项,已授权的有11项,发表相关论文60余篇。而且已经制备出拉伸强度5.0GPa,模量250GPa的高强度、高模量的PBO纤维。相关技术曾获黑龙江省科技奖(自然科学类)一等奖。

高性能复合材料高压气瓶

高性能超轻量化复合材料压力容器是当今新材料领域研究的热点之一。复合材料高压容器与传统金属材料压力容器相比,具有重量轻、压力容限高、可靠性高、失效模式安全等优点,在航空航天与民用领域都具有重要和广泛的应用。军事上,复合材料高压气瓶是飞行器动力系统的关键组成部件之一。被广泛地应用在火箭、卫星、导弹、飞机、空天飞行器等航空航天系统上,对减轻飞行器的整体重量,降低发射成本具有重要意义。民用上,在经济高速发展的现代社会中,气瓶制造业被认为属于朝阳工业范畴。对气体能源的开发存储,新能源汽车的设计制造有着重要的影响。

高性能超轻量化复合材料压力容器的发展已被列入国家十二五规划新材料领域的重点项目,符合国家及地区经济发展的需求。我国十二五期间中央财政拟投入500亿元作为开展新能源汽车项目研发和产业化的专项基金,其中储氢高压气瓶作为国家十二五规划新材料领域的重点项目,正在稳步推进。

哈尔滨工业大学经过近十年的科研攻关与工程化应用,先后突破了基于稳定缠绕理论的结构刚度优化设计方法、金属内衬与复合材料变形协调控制、复合材料压力容器性能评价等关键技术。研制出了一系列具有独立自主知识产权的高性能轻量化复合材料压力容器,相对同容积、同压力的金属贮箱减重50%以上,达到国际先进水平,申请发明专利23项、获授权发明专利13项,获黑龙江省技术发明一等奖1项、国防技术发明二等奖1项。目前,已获国家立项,正在制定复合材料压力容器标准2项。本项目通过哈尔滨空天工大复合材料科技开发有限公司对哈尔滨工业大学复合材料压力容器的技术成果转化,实现复合材料高压气瓶的产业化生产,满足航空航天、潜艇舰船、气体存储、交通运输等领域对超轻量化高压容器的需求。

金属复合材料产业化基地建设

金属基复合材料在我国开始于70年代末、80年代初期,哈尔滨工业大学是最先开展金属基复合材料研究的单位之一,哈工大金属复合材料与工程研究所所长武高辉教授是最早从事该项研究的骨干,在日本从事金属基复合材料制备工艺研究6年,于1990年发明了复合材料制备的专利技术,由于在制备技术上扫清了障碍,近十年来先后设计和制备了高强韧性复合材料;低膨胀、高导热电子封装用复合材料;仪表级、光学级复合材料、功能型复合材料等十个系列二十余种产品,已获得发明专利授权32项,获国家技术发明二等奖1项;获国家科技进步特等奖1项(合作);获国防科技进步一、二、三等奖各1项。

上述复合材料不仅具有优异的机械性能,而且加工性能好,根据文献资料,部分技术指标超过美国同类产品。目前已经在航天领域获得应用,并正不断扩大应用的领域和规模。

金属基复合材料关键的问题是稳定的制备工艺和成本问题,由于制备工艺已经过关,成品率高,材料质量好,因此低成本的问题也已经基本解决。但随着国防军用和电子封装民用金属复合材料市场的扩大,目前试验室规模的生产产能已远不能满足用户的需求,急需建立金属复合材料产业化的生产线,从而达到年产200吨金属复合材料的建设目标。

汽车轻量化构件内高压成形技术

在黑龙江省科技攻关计划、国家自然科学基金、总装预研等项目支持下、经十余年深入系统研究,形成自主知识产权关键技术,打破国外技术封锁和设备垄断,在汽车行业大批量应用,解决多项国防重点型号研制关键问题,成为世界三大研发基地之一。主要创新成果:

对内高压成形工艺与设备关键技术进行了开创性研究,揭示了内高压成形二维主应力空间中应力应变规律及塑性变形行为;建立了内压与轴向载荷耦合作用下管材起皱临界应力模型;2)发明了提高膨胀率和控制壁厚均匀的方法。利用合理皱纹在模具型腔特定空间预置分配材料,把普遍认为是缺陷的皱纹变成了提高成形极限的手段。3)发明了小圆角低压成形方法。利用花瓣形内凹预制坯控制贴模顺序、诱发与摩擦力相反的推力促进材料向圆角流动;4)攻克了数控内高压成形设备核心技术。解决了400MPa超高压建立及加载曲线闭环实时控制及数控软件等核心技术。核心技术指标最大膨胀率突破国际上100%的极限值;径厚比达400(国外最大50)。降低成形压力30%,降低设备模具费用50%以上;设备压力、位移控制精度与国际先进设备相同。研制出多台工业生产用内高压成形设备,工艺和模具成套技术提供给一汽轿车等企业,实现副车架等汽车底盘关键件100余万件大批量应用,为自主品牌汽车提高核心竞争力提供核心技术与装备。多种产品应用于火箭、航天服和飞机等重点型号。授权发明专利15项。

天然石墨综合深加工技术

石墨是一种重要的战略性资源,在许多领域广泛应用。我国石墨储量世界第一,深加工程度低,产业链短、产品附加值低、资源破坏严重、缺少高新技术产品。本项目内容涉及石墨深加工及应用的重要节点,包括石墨的提纯技术、膨胀石墨及制品的制备、石墨电池材料的综合开发,石墨烯的大规模制备和基于石墨的复合材料的制备等。其中,高纯石墨是深加工的必备材料;膨胀石墨是多种重要产品和应用的基础;石墨基电池材料是发展最快,市场最大,最有前景的领域;石墨烯是未来石墨重要的发展方向。上述技术涉及的产业规模可以达到几十到上百亿元。

铝合金板材电磁超声自动检测技术

铝合金板材是制造宇宙飞船、运载火箭、飞机、舰船等产品的主要材料,其质量直接决定了一个国家国防、科技和经济实力的总体发展水平。作为控制铝板质量的重要环节,生产中必须通过无损检测技术及时剔除超标的残次品。目前,国内外主要采用压电超声技术完成铝合金板材的无损检测。该技术虽可检测出铝板中的多数缺陷,但其对耦合剂的严重依赖以及复杂的预处理过程显著增加了铝合金板材的检测成本、劳动强度,极大地限制了铝板的检测精度、检测效率、自动化水平和适用范围。这些问题不仅制约了铝合金加工业乃至其下游产业的高速发展,而且现有检测中存在的大量漏检、误检问题已对其下游产业造成巨大损失。为了从根本上解决上述问题,本项目拟开展铝合金板材电磁超声自动检测技术的研究。采用电磁超声技术检测铝板时无需声耦合剂,无需对铝板表面进行预处理,能够方便地激发多种类型的超声波,具有较低的检测成本,较高的检测精度、检测效率、自动化水平和很强的环境适应性。研究铝合金板材电磁超声自动检测技术对提升我国铝板检测水平,增强板材加工企业及其下游广大用户核心竞争力,加快我国国防现代化、工业现代化进程均具有十分重要的理论意义和实用价值。

本项目基于电磁超声理论,通过对电磁超声换能器建模与多目标综合优化设计,利用FPGA完成电磁超声微弱信号采集与处理,研制出铝合金板材电磁超声检测系统样机,实现铝合金板材缺陷检测与自动判别,为实现铝合金板材的高效率、低成本、自动化检测奠定基础。项目将多种技术相结合,设计的铝合金板材电磁超声自动检测系统达到的技术指标如下:(1) 板厚范围:6 mm ~ 100 mm(2) 对于6 mm ~ 10 mm的板厚,能够检出铝板中Ф2 mm的通孔和板中长8 mm、深度为板厚1/5的槽;(3) 对于10 mm ~ 100 mm的板厚,能够检出铝板中Ф2 mm的平底孔和Ф1.2 mm、间距不小于25 mm2个不连续平底孔,至少达到GJB1580A-2004规定的A级铝合金板材的检测要求;(4) 能够描绘回波波形、DAC曲线;(5) 存储能力:具有存储标准试块波形以及实际检测波形的功能;(6) 工作温度:- 20 ~ 80 (7) 自动检测:能够自动判别铝合金板材是否符合验收等级要求。

先进激光焊接技术与装备

本项目研究的核心部分为光纤激光系统,该系统是当今国际最先进的激光器,其最大输出功率10KW也是目前国内引进的最高等级,利用哈工大焊接工艺、机器人及控制技术进行系统集成,保证平台达到国际一流、国内领先的水平。

哈工大在机器人焊接系统集成和激光焊接工艺方面拥有扎实的基础和丰富的经验,自主研制的机器人焊接集成系统、五轴四联动CO2激光焊接/切割系统、钛合金轻量化焊接技术已经大量应用在生产中,采用自主发明的“钛合金轻量化构件激光焊接技术”完成了多个国防型号空气舵的批生产任务,是国内唯一通过总装备部、科工局认证的合格供方单位。已有的基础和优势保证了研究平台建设的合理性和成熟性。

 

 

 

 

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