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新材料新能源及土木类成果(威海)
[ 作者:石景卉 来源:哈工大(威海)科学技术处 浏览:6289 录入时间:2009年3月10日 ]

陶瓷复合材料的设计与先进制备工艺.... 2

激光熔覆技术在模具修复中的应用.... 3

材料表面深层纳米化技术.... 4

铝、镁合金变极性TIG/PAW焊接工艺及设备.... 5

镁合金先进焊接技术与产业化研究.... 6

异种金属扩散连接技术研究.... 7

铝合金锻件半固态成形技术.... 8

流体流场数值模拟分析.... 9

直接硼氢化钠燃料电池.... 10

金属-空气电池.... 10

基于固态锂离子的二氧化碳传感器.... 11

双金属复层耐磨钢板.... 12

高温耐磨堆焊材料及制品.... 13

大跨空间结构研究与应用.... 14

土木工程灾害与防御研究.... 15

先进复合材料设计和新型制备工艺。主要包括:新型硅基、硼基、碳基陶瓷及其复合材料;非晶与微晶无机复合材料;有机-无机复合材料。完成国家八五、九五、十五国防预研项目三项,解决了我国导弹防热材料发展中的一些关键问题。形成了通过先驱体、过渡相和固相反应形成新型陶瓷和陶瓷基复合材料的新型工艺方法。

1. 陶瓷基复合材料导弹端头(已应用)

2. B4C陶瓷中子控制块和喷沙嘴(已应用)

3. 高强度可加工微晶玻璃(拟用于口腔修复)

4. 有机先驱体高压裂解法制备的陶瓷纳米带(国家自然科学基金项目)

B4C陶瓷中子控制块和喷沙嘴(已应用)

联系人:哈尔滨工业大学(威海)科技处     电话:0631-5687217      邮编:264209

激光熔覆技术是近几年发展起来的一种新技术,国内外均处于研发阶段,潜在开发领域很宽,现场应用效益显著。该项目在对激光熔覆材料、工艺及相关技术问题进行深入分析研究的基础上,成功的将该项技术应用到新型复合模具的快速制造、在线模具的表面改性、失效模具的修复和报废模具的翻新利用等领域,该项研究成果已被应用于中国一汽集团公司的实际生产中。 

技术特点

激光熔覆层组织、成分和性能可根据实际生产需要及工况条件进行定量控制。激光熔覆层厚度可调范围宽(可在0.1~5mm范围内任意调节)。

熔覆层无开裂、剥落,硬度可达HV1300-1500,在低于700时,熔覆层硬度无明显降低。熔覆层与基体之间为冶金结合。

利用激光熔覆技术制作和修复的模具使用寿命明显提高(2倍以上),模具成本降低20%以上。

应用范围

该技术除了应用于各种模具的修复外,还可广泛应用于耐磨、耐蚀复合钢板的快速制造,耐磨零件的表面改性,各种失效零件的修复以及高性能复合零件、模具的快速制造等。

市场预测

该技术是一种高科技技术,具有非常广泛的应用推广前景,不仅用于失效模具和零部件的修复,还可以直接应用于机械制造和加工的各种需要材料具有特殊性能的场合,市场潜力巨大、经济效益非常可观

投资预算(所需主要设备)

15KW以上的激光器。 2.用于送粉熔覆的附属设备。

3.配套机床。          4.冷加工设备

合作方式:提供技术服务

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金属材料大面积纳米化加工是纳米技术工业应用的前提,因而成为当前材料科学的热点。本项目利用自行研制的专用设备,通过热处理与塑性变形加工配合的方法,可对平面钢板和零件实施表面深层纳米化加工。这种方法可以实用于大面积深层(≥1.0㎜)、低、中和高强度的塑性金属材料,而且费用低廉。

技术特点:设备简单、操作方便、成本低廉。

1、 经深层纳米化加工后,可使材料强度提高50%以上,而不降低材料其它性能指标。

2、 纳米化层厚度可达0.5㎜以上,晶粒尺寸200 nm左右。

应用范围:该成果可对金属线材、板材进行表面强化处理;也可以对机器零件进行表面强化加工,还可以对高强度钢板焊接后的热影响低强度区进行局部强化处理,这为解决汽车轻量化使用高强度钢板焊接出现低强度区这一难题,提供了可靠解决办法。

市场预测:由于该项技术具有设备简单、操作方便、成本低廉、效果显著等优点,可广泛应用于原材料和各种零部件的表面改性,有广泛的推广应用前景。

投资预算:可根据单位和企业的具体情况和经济实力进行投资

合作方式:可提供技术服务和技术转让

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铝、镁合金作为比强度高的结构材料,不仅是航空、航天工业中的主要结构材料,近年来在高速火车、高级轿车等民用产品中也开始使用。铝、镁合金的焊接是上述应用中的一项关键技术。是为了利用阴极清理作用清除材料表面的氧化膜,铝、镁合金的传统焊接方法是交流TIG焊。交流TIG焊直流TIG焊所存在的主要问题就是钨极烧损大,并因此导致电弧稳定性差,如果采用高效率的PAW方法,钨极烧损对焊接过程稳定性的影响就更大。

主要应用领域

基于变极性电源的铝、镁合金变极性TIGPAW焊接工艺,既满足阴极清理作用清除材料表面的氧化膜,又极大地减小钨极烧损,同时焊缝熔深加大。因此变极性TIG具有较普通交流TIG显著的优点,如表所示。采用变极性TIG焊的焊接试件如图1所示

变极性TIG焊接与普通交流TIG焊接的对比

对比

项目

电源

种类

焊接电流

波形对比

钨极烧损

情况对比

焊缝截面

形状对比

普通交流

变极性

       

1采用变极性TIG焊的焊接试件               2 改进的变极性电流波形

2是一种改进变极性电流波形,采用ACDC的混合电流输出,可进一步减少钨极烧损和增加熔深。该方法用于PAW可获得高效率、高质量的焊接效果,适用于大厚度结构的焊接。

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镁合金重量轻,有较高的比强度和比弹性模量,良好的降噪音和减震性能,得到了越来越广泛的应用。但镁合金具有熔点低、线膨胀系数及导热系数高等特点,导致镁合金在焊接过程中容易出现氧化燃烧、裂纹及热影响区过宽等问题,难以获得与母材性能匹配的焊接接头。哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,几年来对各类镁合金的焊接工艺进行了系统研究,主要采用的焊接方法有搅拌摩擦焊接、氩气保护电弧焊接和电阻点焊。研究了搅拌摩擦焊的温度场分布、接头的塑性流动、弧焊时的缺陷产生原因及消除措施、接头组织与性能等基础问题。

应用领域

该技术已经在飞机发动机厚板焊接与修补、轻量化列车卧铺车厢构件焊接中得到应用,接头强度超过母材的90%,除交通领域外,还可在自行车、家电等行业推广应用。

实物照片

  

飞机发动机镁合金构件焊接及修补照片

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针对物理性质与力学性能差异较大的异种金属材料(Al-Ti, Al-Cu, Al-不锈钢,Ti-不锈钢,Cu-钢,耐热合金-耐热钢等),研究了真空扩散连接时的界面组织结构,分析了脆性层的成分及成分,找出了脆性化合物形成的条件、成长速度和对接头强度的影响,首次将相变扩散连接应用于异种材料,精确控制接头变形量在±1%,实现耐热合金-耐热钢扩散连接接头质量的实时控制,使焊接接头质量100%合格,解决了耐热合金涡轮盘与耐热钢轴的焊接技术关键。研究了中间层形态、厚度对接头性能的影响规律、找出了接头微变形量与接头性能的关系,并将该参数用于接头质量实时控制,提出了扩散连接质量控制的新方法。

技术指标

铝与不锈钢过渡接头经过铝-铝,不锈钢-不锈钢氩弧焊热循环作用后,进行77-373K的冷热冲击和30-40大气压下的打压和真空检漏试验,仍具有良好的气密性,其漏气率小于1.33×10-7/秒;拉剪实验接头强度大于铝母材。耐热合金-耐热钢扩散连接接头室温拉伸强度为850940MPa;接头高温(773K)强度大于耐热钢母材;经773K400MPa1小时持久强度实验,试件未破坏,接头性能完全满足性能要求。

应用领域

铝与不锈钢、耐热合金与耐热钢扩散连接应用技术研究获中国航天工业总公司科技进步三等奖。


耐热合金涡轮与耐热钢轴连接件                     异种金属扩散连接接头

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半固态成形是上世纪末发展起来的一种新工艺,原理是:在金属的凝固过程中采用某些特殊工艺使枝晶破碎、球化,保留分散的颗粒状组织形态,这样的显微组织在固相率达到60%时仍具有一定的流动性,具有这种特殊结构的部分凝固金属具有高粘度浆体的特性,并可用传统的铸造工艺如压铸成形,或在高固相含量时通过压力加工工艺成形。

哈尔滨工业大学(威海)在半固态成形技术进行了深入地研究,尤其是在铝合金半固态成形技术方面,首次提出并实现了直接加热-等温处理制备半固态组织的技术,可以不经熔化、无需事先预变形直接获得良好的半固态组织(图1所示为用该方法制备的7A09超硬铝合金的半固态组织),针对复杂形状锻件的半固态成形问题,从成形工艺的确定、成形过程数值模拟、锻造成形模具设计等方面也进行了深入的研究,并获得了良好的成形效果,(图2所示为某叶轮的精密锻件)。可见,坯料充满模腔,制件轮廓清晰、表面质量好。经过金相分析和性能测试,制件的性能达到了技术要求。该方法生产效率高、节省材料、制件质量高,尤其适合于复杂形状锻件的批量生产。

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 与威海市规划设计研究院合作研究街道风环境数值模拟在城市规划设计中的应用,以改善城市居住环境和建筑节能;与威海华阜环保集团合作研究“风机性能测试系统”,对风机流场的数值模拟,以提高风机效率,降低能耗。此项目将使华阜集团的风机测试技术达到国内先技术平。

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应用[Ag(L1)(bbi)]配位聚合物单晶制备的Ag/C作为氧阴极催化剂,以担载在高比表面VulcanXC-72R炭上的Au为阳极催化剂,组装的流动碱性电解质直接硼氢化钠-空气燃料电池,其阳极极化程度较小,受温度影响不大,电池极化主要受阴极极化的限制,即燃料电池的性能主要取决于阴极极化程度。在25ºC70ºC条件下时,燃料电池输出功率分别可达15mW/cm250mW/cm2以上。硼氢化钠燃料电氧化效率为85%。利用硼氢化钠燃料溶液中的氢氧化钠充当燃料电池的电解质,这不但解决了以往直接硼氢化钠燃料电池存在的燃料渗透问题,而且无需清除空气中的CO2,可通过电解质的循环流动清除生成的碳酸盐,避免电极污染中毒。同时依靠电解质的循环流动还可清除电池反应生成的水和热。

 该电池可用于电动汽车动力源和便携式电子产品。

生产条件

需要滚压机、混合搅拌机、材料加工机床、真空干燥器、电化学测试系统、组装机、高温炉等。

市场预测   近期可用于特种车辆动力源,未来可用于普通车辆动力源。属于市场紧缺产品。

应用[Ag(L1)(bbi)]配位聚合物单晶制备的Ag/C作为氧阴极催化剂,以金属锌为阳极,组装的金属-空气电池为二次充电电池。该电池比能量大,可用于特殊电动汽车的动力源和便携式电子产品。

生产条件  需要滚压机、混合搅拌机、材料加工机床、真空干燥器、电化学测试系统、组装机、高温炉、球磨机、制模机等。

市场预测  可用于特种车辆动力源,属于市场急缺产品。

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利用快锂离子导体做电解质,配上相应的工作电极(Li2CO3)和参比电极,通过能斯特定律可以感应和计算出不同浓度的二氧化碳气体。该传感器电压值随时间变化比较稳定,敏感度较高。如图所示。该传感器可应用在大气监测,尾气排放等领域。且应用的快离子导体亦可应用在二次固态锂离子电池中。

                  传感器电压值随时间的变化曲线

生产条件

该传感器工作温度为300oC – 600oC,能检测CO2气体范围为100 ppm – 105 ppm,其中电解质和电极材料为固相高温制备法(1000 oC)获得,且可以批量压片生产。室温下,用粘合剂将其封装并调试。

市场预测

传感器作为朝阳产业,近年来一直保持的增长率为5.3%。初步统计为:2003年全球民用传感器市场为421亿美元,2006年为491亿美元,2007年为515亿美元,预计2008年为542亿美元。我国传感器市场的增长率超过15%2003年销售额为186亿元人民币,2006年销售额为283亿元人民币,2007年为325亿元人民币,2008年预测为374亿元人民币。

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国家重点新产品计划项目 立项时间:2005  项目编号:2005ED740038

本项目针对常温或高温条件下的磨粒磨损、冲击、冲蚀等大面积磨损工况,使用自熔合金熔融堆焊工艺,以普通低碳钢或低碳低合金钢板为基体(母材),表面实施堆焊制造双金属复层耐磨钢板。 本项目于20041025通过山东省科学技术厅成果鉴定,鉴定结论为产品性能国际领先。

项目产品全面推广以后,我国冶金、矿山、化工、水泥、航道疏浚等设备的使用寿命将得到大幅度提高;与此同时,随着技术推广工作的深入,国内机械设备的制造水平和使用水平都将得到长足进步,国际竞争能力也将得到大副提高。据不完全统计,项目产品国内市场年需求量在50亿元以上,若其在整个工业领域全面推广使用,将为社会带来巨大的经济效益。

           国家重点新产品证书                      双金属复层耐磨钢板 

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国家科技成果推广计划项目 立项时间:2005年项目编号:2005EC000221

本项目主要针对承受高温磨粒磨损、高温冲蚀磨损以及高温金属间磨损的冶金机械设备或工作部件,应用公司专利产品——高温耐磨堆焊合金,加工制作适应于钢铁冶金以及水泥领域抗高温磨损的堆焊制品,主要包括高炉旋转布料溜槽、烧结单辊破碎机篦板及齿冠、烧结机机尾刮刀导槽、各种溜槽和管道等。本项目于200510月通过山东省科学技术厅成果鉴定,鉴定结论为项目产品性能达到国际领先水平。目前项目产品已经广泛应用于国内各大钢铁企业,如鞍钢、太钢、包钢、柳钢、湘钢、莱钢、济钢、石钢、重钢、上钢、济南山水水泥、淄博中天仕名等,且得到用户的一致好评。项目推广后,可以极大的提高在高温条件下运行的冶金设备主要部件的工作寿命,降低维修频率,提高设备利用率,增加产量,从而为用户带来更为可观的间接经济效益;同时还给地方政府带来更多的税收,给社会带来更多的就业机会。

 

      国家科技成果重点推广计划                      烧结破碎机篦板 

          旋转布料溜槽                              烧结破碎机单辊

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 哈尔滨工业大学空间结构研究中心,创建者是我国著名结构工程专家、中国大跨空间结构的奠基人之一——沈世钊院士。研究中心在悬索结构体系及其解析理论网壳结构非线性稳定大跨柔性屋盖风致动力响应膜结构形态分析及设计理论网壳结构地震响应及动力失效机理等前沿领域取得了丰硕成果,其中多项成果被写入《网壳结构技术规程》JGJ61-2003和《膜结构技术规程》CECS158:2004。与此同时,结合吉林滑冰馆、亚运会石景山体育馆和朝阳体育馆、亚冬会黑龙江省速滑馆、威海成山体育场哈尔滨国际体育会展中心等重大工程创造了多项具有典型意义的新型空间结构,为我国空间结构的发展作出了重要贡献。并荣获国家科技进步二等奖、建设部科技进步一等奖、全国建筑结构设计一等奖、中国土木工程詹天佑奖等10余项奖励。

应用范围:主要承接大型体育场馆、航站楼、展览中心等大跨空间结构的分析、设计及咨询工作。

部分工程实例:

 亚运会石景山体育馆(组合双曲抛物面网壳结构)        亚运会朝阳体育馆(组合索网结构)

 

          营口奥体中心体育场风洞实验                   单层柱壳地震模拟振动台实验

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    哈工大(威海)土木工程灾害与防御研究中心,由国际地震工程协会副主席谢礼立院士任学术委员会主任及中心名誉主任,紧紧围绕土木工程动力灾害的关键科学问题,充分利用多学科交叉融合和高新技术,在强震观测与强地震动模拟、土木工程抗震、隔震与耗能减震技术、土木工程结构抗火与设计方法、土木工程结构安全监测与加固技术、路面工程灾害检测与综合处理技术、土木工程复合材料及应用、海岸和近海工程结构的防灾减灾、城市安全与综合防灾减灾等方面从事基础性、前沿性研究和科技开发,同时承担了抗震规范编制、震害预测、城市防灾能力评估、大跨度桥梁检测、施工监控、健康监测、旧桥加固、路面结构设计等科技开发工作。研究中心可承接的科技服务、科技咨询工作:

l   抗震性态设计规范及防震减灾

l   建筑结构抗震分析及振动控制

l   桥梁结构设计施工分析及检测加固

l   路面工程的分析、设计、评价与质量控制

l   服役工程结构的可靠性鉴定与维修决策

l   建筑结构抗火与性能化设计

l   工业装备与工程结构的力学分析与软件开发

            

可耗能的抗倾覆装置示意图——用于高层隔震     隔震换能储能装置示意——用于混合控制

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