2004年度西北有色金属研究院钛研发与产业化进展

西北有色金属研究院(集团)是中国有色金属工业协会钛业分会的常务理事单位。概述了西北有色金属研究院2004年度钛合金研究新进展和大力兴办钛产业的情况,着重介绍了正在建设中的西部钛业公司(WTT),西部超导公司(WST)的情况。

西北有色金属研究院研制的部分钛合金及产业化

西北有色金属研究院是我国重要的钛合金研究与开发的单位之一,近40年来,一直致力于钛合金的研究、开发及产业化,仿制与创新研制出近60种钛合金,一些仿制的钛合金已大批量生产,获得成功的应用,如纯Ti、TC4、半TC4、Ti-Pd、Ti-Mo-Ni、BT20、BT16、∏T7M等等;一些创新研制的钛合金也已获得成功的应用和批量生产,如TC21、Ti75、Ti31、CT20、Ti12LC等等,为我国钛合金的发展做出了突出贡献。本文简要综述了西北有色金属研究院仿制与创新研制的部分钛合金及其产业化。

西北有色金属研究院钛合金研究进展

概述了西北有色金属研究院(NIN)研发的部分高温、高强、低成本、超塑性及低温钛合金近年来的研究进展。指出:使用温度在550～650℃之间的高温钛合金中,550℃高温钛合金已获得应用,Ti-600合金因室温和600℃下综合性能优异,尤其是极佳的蠕变性能,可以用做高推重比发动机压气机轮盘和叶片,具有较好的应用前景;在强度级别为1 000～1 600 MPa的高强钛合金中,Ti-B20合金和Ti-1300合金适宜制作高强或超高强钛合金弹簧;低成本钛合金、超塑性温度较低且应变速率较高的超塑性钛合金、低温钛合金的研究从未间断过,某些合金也已得到应用;NIN今后研究重点是建立已研发合金的规范体系,降低其制造成本,提高其使用性能,最终使其获得广泛应用。

走特色之路 铸创新之魂——西北有色金属研究院新材料发展40年纪实

2009年5月19日．西北有色金属研究院（以下简称“西北院”）控股的西部材料公司2500万新股在深交所上市．实现了股票的定向增发，使这个依托西北院自主成果转化发展的上市公司．在短短一年半的时间里2次累计融资7亿元。这对于一个当年在三线建设中艰难起步、转制时综合收入还不足2亿元的科研院所来说，曾经只是个梦想。

浅议财务集中管控系统的信息化建设——以西北有色金属研究院信息化建设实践为例

对于多组织架构的集团公司而言,在传统的"分散式"财务管理模式下,财务信息的传递存在不完整、不及时等缺陷,已不能适应公司集团化规模化发展的要求。以西北有色金属研究院为例,针对其"科研—中试—产业"三位一体化发展的模式,结合其财务及信息化现状,介绍如何以用友公司NC系统为基础建设统一的信息化平台的过程,以及建设形成的实际成效和经验。

难熔金属表面高温防护涂层抗热震性能研究现状

难熔金属及其合金具有高温强度优异、加工塑性好、耐腐蚀性好等优点,在航空、航天和核工业领域中得到了广泛应用,是一种重要的高温结构材料。但难熔金属及其合金因其自身易氧化的缺点,导致材料在未达到服役温度时就发生严重氧化,从而快速失效。目前,高性能高温防护涂层是保障难熔合金服役性能的关键,然而难熔金属及其合金表面高温防护涂层的实际服役工况非常苛刻,往往伴随着强热震,是导致涂层失效的重要原因。因此,难熔金属表面高温防护涂层在具备优异恒温抗氧化性能的前提下,还需具备良好的抗热震性能。综述了难熔金属表面高温防护涂层的热震失效机制,讨论了影响涂层抗热震性能的关键参数;阐述了难熔金属表面硅化物、金属和复合涂层3类主要涂层体系抗热震性能的研究现状,重点回顾了优化涂层结构、添加陶瓷颗粒以及设计复合涂层等提高涂层抗热震性能的方法及其改善效果;最后,从降低涂层与基体间的热膨胀系数失配度、改善基体/涂层界面结合性能以及设计复合梯度涂层3个方面展望了未来难熔金属高温防护涂层的发展方向。

有色金属科技信息服务平台研究与设计

随着“一带一路”的建设,有色金属材料的应用将迎来更大机遇。为实现有色金属行业科技信息资源的开放与共享,利用JEECG框架,设计和开发了有色金属科技信息服务平台。该平台采用面向服务分层架构和组件化思想设计了基础设施层、数据层、接口层、应用支撑层、应用服务层、门户层以及相应的组件等,有效提高系统复用性、可维护性及开发效率。针对有色金属行业信息资源进行了需求分析,确定了主要功能模块,并详细介绍了有色金属科技信息服务平台的框架和关键技术。实践表明,有色金属信息服务平台,易于升级和维护,解决了现有技术中存在的有色金属行业需求的专业化科技信息服务平台内容单一、搜集周期长、共享程度低、个性服务不足的问题,为有色金属行业企业决策提供了支持。

氧化敏感有色金属材料的冷喷涂研究进展

有色金属材料通常氧亲和能力强,在高温时容易氧化。传统热喷涂技术所用的喷涂温度高,喷涂过程为开放环境,导致有色金属颗粒的氧化、烧损、相变、残余应力和晶粒长大等问题。如何在减少喷涂材料的热致缺陷和保持喷涂粉末原有特性的同时降低喷涂温度,这为冷喷涂技术的发展提供了契机。本文针对冷喷涂氧化敏感有色金属材料的国内外研究现状进行总结,涉及有色金属材料包括:镁、铝、铜、钛及钛合金、钨、钽、铌材料,分别从冷喷涂技术、喷涂材料、工艺、后处理四个方面总结了改善沉积层质量的措施,阐述冷喷涂增材制造存在的问题,展望冷喷涂技术在氧化敏感有色金属领域的发展趋势。

金属丝网多孔材料研究进展

金属丝网多孔材料是一类孔隙可控、高比表面积、高强度、价格低廉的多孔材料,由于具有高透气性和高过滤精度,在高温烟气、油浆等过滤分离领域得到了广泛应用。由于金属丝网多孔材料同时具有高比表面积、开孔特性、高孔隙度、高强度和孔隙可逐级调控等特性,在光催化、机车尾气净化、高效换热、爆燃冲击防护等领域得到重视。本文介绍了金属丝网多孔材料的结构及制备方法,着重总结了金属丝网多孔材料在过滤分离、催化、高效换热、爆燃防护等领域的应用进展,并对其应用前景和发展方向进行了展望。

ICP-AES在有色金属材料中的应用

近年ICP-AES的分析技术和装置不断发展和完善,该法已在许多领域中得到应用,本文叙述了ICP-AES在轻金属、重金属、难熔金属、贵金属、超导材料、精细陶瓷材料、稀土金属分析中的应用。

热处理工艺对Ti650合金板材组织演变及性能的影响研究

研究了不同热处理工艺对Ti650合金板材组织演变及性能的影响。结果表明:Ti650合金板材对固溶温度的变化较为敏感,随着固溶温度的升高,加剧了初生α相的溶解,次生α相尺寸更加细小,且交错排列,增加了位错运动的阻力,板材强度升高,塑性降低。提高时效温度,次生α相由细针状长大粗化成为长片层状或短片层状,交错排列成不同取向的集束,板材塑性大幅升高,强度略有降低。在时效温度700℃、时效时间2.5~6 h条件下,时效时间对板材组织与性能的影响较小。固溶冷却速率会影响次生α相的形核、析出和长大,降低冷却速率,次生α相由弥散的细针状长大成为短棒状,细晶强化作用减弱,板材室温强度降低,塑性提高。

致密铼粒的制备研究

为了制备致密铼粒,采用粉末冶金法和电弧熔炼法分别处理5N铼粉。结果表明:当压坯压力为20 MPa、烧结温度2 000℃、烧结时间4 h时,在氢气气氛下烧结后制得致密铼粒,其致密度达到92.33%,且晶粒尺寸为8~20μm,其微观形貌呈现多孔状且具有较多孔洞缺陷;而电弧熔炼法所得铼粒微观形貌平整无缺陷,其致密度高达99.95%,优于粉末冶金法所得铼粒的致密度,但其晶粒尺寸偏大,其值为700~1 500μm。

钯合金阵列管束气密性焊接工艺方法研究

采用预先高频钎焊钯合金管过渡接头,再使用脉冲激光焊的方法,对钯合金扩散室密排列钯合金管束与不锈钢法兰进行了密封焊接工艺研究,通过对激光焊接接头的观察和气密性检测分析,确定了激光焊接功率、离焦量、脉冲频率、脉冲宽度及焊接速度等主要焊接参数。正式样件经气密性检测和氦质谱检漏达到了氢纯化分离用钯扩散装置的使用要求,从而确定激光焊技术可推广应用于钯合金扩散室密集阵列管束批量焊接生产。

过渡金属基析氢催化剂研究进展

为了应对和解决能源与环境危机问题,氢能作为一种可持续再生的清洁能源,受到科技工作者的广泛关注。因此,氢气的制备问题成为研究热点,其中电解水制氢不依赖化石燃料且可利用过剩的太阳能、风能和电能驱动,被广泛研究。然而,不论是光解水还是电解水均需要高活性、高稳定性的非贵金属催化剂使得水分解反应高效且经济。基于此,文中总结了近几年来过渡金属磷化物、氮化物、碳化物、硒化物和硫化物在析氢方面的报道,展望了水电解非贵金属催化剂所面临的挑战和机遇。

有色金属新材料展望

介绍了新型材料的特点，举例说明有色和稀有金属新材料的进展，指出面向21世纪的有色金属新材料的发展趋势是：结构材料正在向高性能化发展；功能材料向精细、微型、集成化发展；金属基复合材料的研究与发展是新材料研究中一个十分活跃的领域。还指出国际上材料科学的前沿课题以及我国在新型材料的研究与发展方面存在的问题。

激光增材镍基合金内部疲劳失效行为研究

内部失效是激光增材制造镍基高温合金在高温下的典型疲劳失效模式,目前对这种失效模式的认知尚不充分.在650℃下进行了不同应力比的轴向疲劳试验,随后采用扫描电镜、电子背散射衍射、聚焦离子束和透射电子显微镜等测试技术,研究了增材制造镍基高温合金的多尺度内部失效行为.结果表明,不论是否受缺陷影响,微裂纹主要从晶粒取向较软的大晶粒处萌生,然后沿最大剪切应力方向滑移和扩展,形成晶体学小平面,因此与晶粒特征相关的小平面开裂是一种典型的内部失效模式.对小平面裂纹附近的位错结构进行分析,在650℃时,局部塑性变形是由反相边界剪切、沉淀物旁通以及堆积层错剪切机制的共同作用所引起的.结合裂纹尖端应力强度因子的定义,提出了与小平面裂纹特征相关的裂纹成核寿命预测方法,预测结果与实验结果具有较好的一致性.

中子毒物硼和钆在乏燃料后处理中的应用及合金相图研究

随着我国核电站在建及运行的反应堆日渐增多,乏燃料的产生、运输和储存成为核工业面临的严峻难题。对卸载出的巨量核废乏燃料,采用闭环处理循环利用,比传统深埋更加环保和安全。采用添加中子毒物的核结构材料制造相关设备和仪器,可以保障乏燃料后处理过程的运行安全。基于核工业应用要求,针对乏燃料后处理常用的316L不锈钢、Ti35、Zr等材料添加B或者Gd的相图展开调研,结果显示B和Gd可明显提高结构材料的中子吸收效果,但B和Gd的化学性质与过渡族金属Fe,Ti,Zr等相差甚远,除α-Zr最多固溶2.8%Gd(原子数分数)以外,B和Gd均不能大量固溶于常规金属合金体系中,强制添加势必对合金力学性能或耐蚀性能带来巨大危害。可采用团簇模型的合金设计理念,通过含B和Gd化合物相均匀析出或者复合的制造工艺以及Zr-Gd、Ti-Gd体系的多元合金化,引入互溶的中间相,增加难以固溶的元素的固溶度,以此解决中子毒物B和Gd在乏燃料后处理中的应用瓶颈。

粉末床熔融式增材制造钛合金研究进展及应用

钛及其合金的粉末床熔融式(PBF)增材制造技术因具有定制制造、成本节约和时间优化等优势,在航空以及生物医学领域备受关注。但在PBF制造钛合金时,多种因素如热导率低、热积累、氧化敏感性及快速冷却引起的热应力共同导致成形件缺陷、组织差异、性能不稳定与质量参差不齐等问题。因此,本文通过调研PBF技术中的激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,L-PBF)和电子束粉末床熔融(Electron beam powder bed fusion,EB-PBF)技术原理,讨论PBF增材制造钛合金微观组织特征、力学性能、耐腐蚀性能、耐磨损性能与生物相容性的特点;同时,聚焦成形过程中的缺陷形成机理及影响,提出缺陷消除方法;最后,展望两种技术的未来发展方向,为促进创新钛合金增材制造提供新的研究思路。

基于增材制造的原位合金化制造方法的研究进展

基于增材制造的原位合金化方法是利用激光或电子束将多种元素粉或多种预合金粉的混合粉末熔化,使材料同时进行合金化和致密化的一种成本低廉、快速高效的开发新材料的方法,已经在高熵合金开发、新型生物医用合金打印件开发等领域得到初步应用。总结了混合粉末的形貌、粒径、高熔点粉末含量及粉末混合技术对原位合金化打印件性能的影响的研究结果。研究表明,混合粉末的颗粒级配需要同时保证元素混合均匀性和粉末流动性,才能保证原位合金化打印效果。激光功率、束斑直径、重熔工艺等打印参数对熔池几何特征影响很大,继而也强烈影响原位合金化的效果。熔池深度越大,越能保证打印过程中的层间重熔,促进元素均匀,但过深的熔池会造成孔隙。还介绍了基于原位合金化打印制备具有成分波动或成分梯度的合金材料的研究进展。原位合金化工艺本身固有的成分不均匀性有助于制备成分不均匀的合金,从而获得具有双相结构的打印件,这是基于预合金粉打印无法得到的。基于多材料及多相流模型,原位合金化粉床激光熔融过程的数值模型也被研究者建立,模拟得出的原位合金化的增材制造工艺优化参数与针对预合金粉打印的差别很大。最后对增材制造原位合金化技术的应用前景和面临的挑战作出了展望。