材料测试评价领域科技政策现状及产业机遇分析

测试评价服务业是材料产业发展的关键支撑。近年来在我国倡导大力发展科技服务业和生产性服务业的政策指引下,材料测试评价服务行业把握住了难得的发展机遇,实现了快速发展。本文通过搜集2016—2022年期间国家及典型省市等地方科技政策,系统梳理材料测试评价领域科技政策现状并对产业机遇进行分析。

国家新材料测试评价平台(主中心)助力新材料产业高质量发展

为贯彻实施制造强国战略,加快推进新材料产业发展,全面提升我国新材料测试评价水平,按照工业信息化部(以下简称"工信部")发布的《国家新材料测试评价平台建设方案》要求,2017年起,有研科技集团有限公司(原北京有色金属研究总院)下属国合通用测试评价认证股份公司(以下简称为"国合通测")承担了国家新材料测试评价平台(主中心)(以下简称"主中心")建设工作.

有色金属新材料技术成熟度评价方法和应用实践

本文通过系统整理现有技术成熟度评价标准,建立了“参数-指标-数据”为核心的定量评价模型,结合下游用户的具体需求,开发了适用于有色金属新材料的技术成熟度评价方法和评价流程,并结合典型有色金属新材料产品进行了评价应用实践,帮助生产单位诊断工程化或产业化过程中存在的问题,提出了改进提升建议,降低了研发风险。

双终点-自动电位滴定法测定镍基高温合金中铁

建立双终点-自动电位滴定法测定镍基高温合金中铁含量的测定方法。以铂电极为指示电极,重铬酸钾标准滴定溶液为滴定剂。试料采用盐酸、硝酸和高氯酸进行溶解,用氨水将铁和共存干扰元素分离。在约10%盐酸酸度下,以钨酸钠为指示剂,用三氯化钛调至溶液变蓝,在设定的滴定程序和参数下,用重铬酸钾标准滴定溶液滴定至出现两个等当点,两个等当点的体积差为铁消耗的滴定体积,计算铁含量。考察了仪器参数、滴定介质酸度、共存元素干扰情况和干扰元素分离条件。在最优的实验条件下,对有证标准物质进行测试,并进行方法比对,允许差满足HB 5220.29—2008的要求。方法的相对标准偏差为0.16%~0.44%。方法避免了人为判断终点带来的误差,减少了目视滴定中滴定过量三氯化钛的步骤,试验操作简单,准确度高,精密度好,能够满足镍基高温合金中铁元素的测定。

铜精矿化学成分分析实验室间比对结果评价和离群值原因分析

铜精矿成分分析是判定其品质的重要手段,尤其是主元素铜的分析。目前,测定铜精矿中铜含量的主要分析方法有碘量法、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)、火焰原子吸收光谱法(FAAS)、X射线荧光光谱法(XRF)、电解重量法等。为确保检测标准量值统一、准确、可靠,本文组织开展了铜精矿中铜镁铅锌的测定实验室间比对活动。通过对参加实验室的检测结果进行统计分析,评价参加实验室对铜精矿中铜镁铅锌测定的技术水平和能力。结果表明:大部分实验室的检测结果为满意,铜精矿中铜的满意率为92.9%,满意率较高;铜镁铅锌的满意率平均值为89.0%。少数实验室出现离群值主要在于样品前处理、检测人员对检测方法未能充分理解并熟练掌握、仪器状态等其他相关因素。碱浸法因样品分解不完全,不能作为铜精矿前处理方法;碱熔法因工序繁琐,易产生基体干扰,不适合作为铜精矿前处理方法。本文建议优先采用酸溶-滴定法测定铜精矿中的铜,而采用酸溶ICP-OES法测定铜精矿中的铜镁铅锌,该方法高效快捷,但其稳定性需要进一步的实验考察。

顶杆法热膨胀系数测试在材料性能研究中的应用

通过测试材料热膨胀系数随温度的变化情况,可以了解材料的热物理性能和温度变化过程中材料内部发生的化学反应。综述了利用顶杆法测试材料热膨胀系数在材料热物理性能测试、研究及工艺制定等方面的应用,详细介绍了各种应用的背景和测试要点,并指出了热膨胀测试设备未来的发展趋势。

有色金属新材料质量分级评价研究

为了助力我国有色金属工业质量提升,针对我国有色金属新材料质量评价基础薄弱,难以为产业提供技术支撑的现状,本研究以2019年工业和信息化领域公共服务能力提升专项——质量管理和技术应用能力提升(质量分级评价技术试点应用)为依托,进行了有色金属新材料质量分级评价技术研究,初步建立了以"参数-指标-数据"为核心的质量分级评价模型,开发了涵盖产品质量、工艺控制、质量保证等方面的评价指标体系。本技术研究的建立,以及未来工作的进一步深化和拓展,可望从技术手段上改变我国有色金属新材料低质低价竞争的现状,为有色金属及制造业的高质量发展提供解决之道。然而,在现阶段,基于我国有色金属新材料系统评价基础相对比较薄弱,希望有更多技术机构、上下游企业共同参与研究,推进质量分级评价技术的进一步发展和应用。

基于生命周期评价的预焙阳极生产环境负荷研究

预焙阳极是以石油焦、沥青为主要原料,作为铝电解槽的“心脏”,成为电解铝生产过程中的第二大消耗性原材料,然而其生产过程能耗高和炭渣脱落的情况一直倍受关注,环境负荷压力日益加大。本研究针对预焙阳极材料展开生命周期评价研究,识别其生产过程的关键生命周期阶段,辨识能耗和碳排放的关键影响因素,进一步指导产品改进生产工艺,寻求绿色制造的途径和方法,为今后预焙阳极的绿色生产和电解铝行业绿色发展提供一定的参考。

重量法测试盐雾沉降率的探讨

盐雾沉降率是盐雾试验的一个重要试验参数,本文采用重量法测试盐雾试验的沉降率,并与传统的体积法进行了比对,同时进行了不确定度分析。结果表明:重量法可用于盐雾沉降率测试,并可大幅度降低盐雾沉降率的获取时间,同时所得数据与传统体积法之间有很好的可对比性。

浅谈绿色设计产品中的生命周期评价作用

绿色设计是指以环境和环境保护为核心概念的设计方法,绿色设计即将或正在成为工业生产的行为规范。通过分析生命周期评价方法在绿色设计产品及评价中的应用和进展情况,结合生命周期评价方法研究现状、局限性,针对当前绿色设计产品评价进展以及评价标准中的问题进行了探讨,并提出建议,希望能为今后的绿色设计产品评价工作提供一定的参考,更加准确合理地运用生命周期评价方法。

有色金属高端产品认证助力行业高质量发展

产品质量一直都是困扰我国有色金属工业的重点难题,对于品牌建设和整体技术水平的提升,非常不利。本文针对有色金属产品质量难以完全通过产品检验和质量体系认证进行验证的情况,在对国内外产品认证模式研究的基础上,结合铜、铝、镁、铅锌行业规范条件要求,借鉴了建材行业“技术领先产品认证”的相关经验,探讨建立了适合我国有色金属行业发展的高端产品认证评价模式,能够填补国内相关领域产品评价认证的空白,帮助企业提升产品质量,推进供给侧改革,为助力行业高质量发展发挥积极作用。

航空用铝合金板材产品质量分级评价技术研究与应用

受装备制造业市场增长带动,我国高端工业铝加工产品发展迅速,但部分高端铝合金产品性能及批次一致性、稳定性较差。本文以高端装备领域航空用铝合金板材为研究对象,利用全面质量管理模型、层次分析法、木桶定律等理论,创新性引入关键性能指标变异系数、工序能力指数,建立涵盖产品关键质量特性、工艺控制、工厂质量保证能力的产品质量分级评价模型和综合评价指标体系。产品质量分级评价能科学地区分产品性能的优劣,有效评估企业持续提供稳定产品能力,是助推铝工业高质量发展的有效途径之一。

高温集热管真空寿命预测研究

针对高温真空集热管真空老化性能展开真空度预测和寿命评价研究。模拟电站高温集热管运行环境,在400℃进行热循环模拟和热损测试,在450℃进行过热加速循环试验。结果表明:集热管封离后,室温条件下其内初始真空度达4.7×10^(-4)Pa,在400和450℃经过400次循环后,管内真空度分别为5×10^(-3)Pa和6×10^(-2)Pa。室温状态下集热管在吸收涂层法向发射比为0.08,真空度为10^(-3)Pa时,400℃下热损为216 W/m,显示出良好的热性能。拟合结果表明在400℃条件下集热管使用寿命满足25年要求。

工业CT空间分辨力测试卡设计及测试方法研究

空间分辨力是工业CT系统性能测试及验证的重要指标。对于工业CT空间分辨力测试卡,并没有统一且易于获得的成熟产品。为此设计了空间分辨力测试卡,以不同方法验证其测试精度,最后应用该测试卡验证6MeV工业CT空间分辨力性能。通过计算,当满足待检线对组CT数调制度R>10%,CNR>3时,能够实现高能CT系统的空间分辨力验证,即达到1LP/mm。相关研究为CT性能验证提供了有力的数据支撑及可行的测试方法。

基于XGBoost的铝合金LIBS光谱分类识别方法

铝合金作为重要的金属材料,广泛应用于各领域,但大量的铝合金废料却难以进行分类回收。二次资源的回收利用是我国工业绿色、可持续发展的助推器,如何快速、简便地对铝合金废料进行识别分类则成为了铝合金废料回收利用的先决条件。激光诱导击穿光谱(LIBS)是近年来发展快速的一种分析技术,具有快速、全元素分析、实时、原位、远距离检测等优点,已广泛应用于塑料、土壤、肉类、钢铁等识别研究,大多采用最小二乘判别分析法、簇类独立软模式、人工神经网络、支持向量机、随机森林等算法来建立模型。基于迭代型树的XGBoost算法具有正则化、并行处理运算、内置交叉验证和高度的算法灵活性等优势,其模型结构相对简单、运算量较小,且准确率较高,成为近年来机器学习中极受欢迎的算法,因而被广泛应用。基于六种铝合金样品的600组光谱数据,根据NIST原子发射光谱数据库进行光谱特征提取,确定光谱特征谱线的分类依据。利用XGBoost算法进行自动分类及排序,将处理后的光谱数据随机划分为训练集和测试集,通过训练集构建算法模型,提取其分类特征;利用测试集检验模型的稳定性和可用性,防止出现过拟合。XGBoost在固定参数下得到的模型具有一定的自适应性,较少受数据集的影响,总体准确率可达96.67%。其分类特征与已知的元素含量信息相吻合,证明了基于光谱的特征谱线数据,可为分类识别提供参考;同时还可根据XGBoost生成的特征评分来对光谱谱线特征的重要性进行排序。实验结果表明,LIBS可用于不同种类铝合金的快速识别,为废弃金属的分类回收提供了一种新的技术。

激光诱导击穿光谱在金属材料在线分析方面的应用进展

激光诱导击穿光谱(LIBS)由于具有无需样品制备、分析速度快、可远距离在线遥测以及可进行元素的二维表面分布和深度分析等特点,引起光谱化学分析领域研究者的广泛关注。在冶金过程工艺控制领域,金属材料的在线分析以及元素多维信息的获取,对于实时监控金属材料的生产工艺及准确实现金属材料的快速分类方面具有重要的意义。与传统的分析方法相比较,LIBS技术因其众多优势已成为金属材料实时在线分析的最佳手段之一,而且已有多种商品化的仪器推出。论文首先对LIBS在线仪器装置进行介绍,然后对近些年LIBS在熔融金属在线分析、连铸钢坯鉴别、炉渣在线分析、金属材料分类识别、金属材料镀层分析等方面的发展现状及挑战进行论述,最后对LIBS在线分析进行展望。

Mg-7Gd-5Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金铸态及均匀化态微观组织

采用聚焦离子束定点切割技术(Focused ion beam,FIB),透射电镜(Transmission electron microscopy,TEM)、高角度环形暗场扫描透射电镜(High angle annular dark field scanning transmission electron microscopy,HAADF-STEM)和扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)等技术手段,对Mg-7Gd-5Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金铸态及(515℃,48 h)均匀化态的组织形貌进行观察分析。结果表明:铸态合金晶界共晶组织中含有(Mg,Zn)_(3)RE相(FCC,a=0.72 nm)、Mg_(5)(RE,Zn)相(FCC,a=2.24 nm)及块状长周期堆垛有序(Long-period stacking ordered,LPSO)相。其中LPSO相主要为18R结构,存在少量14H结构,局部区域存在少量不完整周期的LPSO结构;此外合金中存在分布于共晶相附近的微米级富RE相以及分布于晶粒内部的微米级富Zr颗粒。经过(515℃,48 h)均匀化热处理,晶界(Mg,Zn)_(3)RE相和Mg_(5)(RE,Zn)相完全回溶,残留相主要为14H-LPSO相,局部区域存在具有不同晶体结构的LPSO过渡相。在铸态合金的晶粒内部,沿[1120]_(a)晶带轴观察,发现存在几个原子面至纳米尺度的LPSO构建块,由不同数量的LPSO构建块单元(4个RE/Zn原子层)及Mg原子层交替堆垛构成,RE/Zn与Mg原子层堆垛次序不具备完整周期性;均匀化热处理后,晶内的LPSO构建块几乎回溶,仅剩下极少量单个LPSO构建块单元。沿[0001]_(a)晶带轴观察,晶粒内部存在多种分布方式的富RE/Zn原子柱,为Mg-Gd-Y系镁合金时效过程β′析出序列中GP区的早期结构。

Mg-7Gd-5Y-1Nd-xZn-0.5Zr(x=0,1,2)挤压态合金微观组织和力学性能

采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜、高角度环形暗场−扫描透射,分析了Mg-7Gd-5Y-1Nd-xZn-0.5Zr(x=0,1,2,质量分数,%)挤压态合金微观组织结构和力学性能,旨在探索Zn对于合金性能影响的微观机制。结果表明:在Mg-7Gd-5Y-1Nd-0.5Zr合金中添加Zn元素,不仅形成LPSO结构,也促进了Mg5(RE,Zn)颗粒的析出,并与Zr形成Zn-Zr相。LPSO结构不仅能阻碍晶粒长大,细化晶粒;也能够阻碍动态再结晶,从而形成动态再结晶晶粒和变形晶粒共存的双模结构,动态再结晶晶粒为á0001ñ//ED织构,变形晶粒为á1010ñ//ED织构。微米级大尺寸Mg5(RE,Zn)颗粒会导致应力集中,引起裂纹的萌生,降低合金的塑性;均匀分布的亚微米级Mg5(RE,Zn)颗粒起第二相强化作用,并能钉扎晶界,阻碍晶粒长大。对比3种挤压态合金,Mg-7Gd-5Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金获得了最优的力学性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为365 MPa、276 MPa和17.5%。

含14H-LPSO结构的Mg-7Gd-3Y-1Nd-1Zn-0.5Zr合金在240℃时效过程中析出相的演化

通过TEM与HAADF-STEM技术分析含14H-LPSO结构的Mg-7Gd-3Y-1Nd-1Zn-0.5Zr (质量分数,%)合金在240℃时效过程中析出相的形貌和晶体学特征。薄片状14H-LPSO结构在500℃、2 h热处理过程中析出,而β型析出相在240℃时效过程中析出。14H-LPSO结构沿[0001]α方向的原子堆垛顺序为ABABCACACACBABA。240℃时效2 h时,β型析出相为有序固溶团簇、之字形GP区和少量的β′相。240℃时效18 h达到峰值,相应的布氏硬度值为112,β型析出相为β′相和局部富RE结构。240℃时效100 h时,β型析出相为β′、β1和β’F。β′相不经过β″相直接从之字形GP区形核,然后通过β′→β’F→β1转变成β1相。Zn的添加不仅可以形成LPSO结构,而且参与β1相的形成。LPSO结构阻碍β’和β1相沿<0001>α的生长。

基于远程LIBS技术的镍基高温合金成分分析方法的研究

基于自行设计搭建的远程激光诱导击穿光谱(LIBS)系统,完成了远程LIBS的聚焦特性分析,并对远程LIBS技术应用于镍基高温合金成分分析的实验方法进行了研究。该LIBS系统具备激光发射光路和信号采集光路同轴且独立变焦的特点,通过自动聚焦,可实现1~10 m的远程分析。研究表明:受激光聚焦焦深的影响,等离子体光信号可探测范围随系统工作距离的增大而增大,即系统对聚焦精确度的要求降低;同时,烧蚀斑点尺寸增大导致的功率密度减小及信号采集立体角的减小,会使得谱线强度随工作距离的增大成四次方反比关系衰减。分别使用无内标的标准曲线法和有内标的标准曲线法建立了GH4169镍基高温合金中Ni,Cr,Nb,Mo,Ti和Al六种元素的标准曲线,有内标的标准曲线的拟合优度R^(2)(0.9997,0.9994,0.9987,0.9991,0.9981和0.9997)明显优于无内标的标准曲线(0.9532,0.8766,0.8974,0.9145,0.9384和0.9916)。对比了LIBS和X射线荧光光谱(XRF)两种分析技术,对于常量元素Ni,Cr,Nb和Mo,两种方法的相对标准偏差分别在1.74%~3.90%以及0.10%~0.52%,相对误差分别在0.21%~0.92%以及0.64%~2.25%;对于微量元素Ti和Al,两种方法的相对标准偏差分别为5.58%,4.15%以及2.39%,5.64%,相对误差分别为2.75%,2.93%以及4.68%,2.39%。由于激光诱导等离子体的不稳定性、烧蚀样品量少的特点,远程LIBS方法的精密度稍逊于XRF方法,但LIBS方法通过重复多次测量,可以有效减小测量误差,表明LIBS技术应用于镍基高温合金的远程在线分析具有一定的可行性。