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重大成果之四:高性能镁稀土合金及其军用制品研制
发布日期:2018-1-25
 

成果类型:国防技术发明奖一等奖(2017)

      成果摘要:针对xx飞行器等国家重大工程对高性能镁合金材料及其制备加工技术的迫切需求,本项目将中国优势资源的镁与稀土相结合,在国防973、国防科工局重点研究项目、089专项的支持下,持续20余年的研究,解决了镁合金强度低、难变形、不耐热、易腐蚀等关键科学问题;攻克了净化困难、成型性能差、性能不稳定等关键应用瓶颈,研制出中国特色高性能镁稀土系列合金及其国防领域轻量化制品,并应用于多种关键航空航天型号,实现了重大突破。

1、发明了国际领先水平的高性能镁稀土合金材料。阐明了重稀土元素在镁中的大固溶度的特殊成因,调制出了垂直于滑移基面的高效析出强化相,并确立了其时效析出序列及层错强化机制,发明了抗拉强度≥500MPa的高强镁合金;发现了重稀土、镁及锌原子在一定条件下能形成具有高温稳定性的长周期有序结构(LPSO),发明了300℃下抗拉强度≥300MPa的耐热镁合金;发现非稀土元素微合金化能促进非基面多滑移系开动,发明了伸长率超过20%的高强高塑镁合金;上述三种合金均已列入国家标准GB/T 19078-2016,国际标准ISO-16220正在审定中。

2、发明了镁稀土合金熔体复合处理方法与装备。首次提出了镁熔体中稀土元素动态损耗补偿方法,研制了镁稀土合金专用精炼与覆盖熔剂,系统集成了镁熔体保护、净化、细化于一体的复合处理装备,解决了镁稀土合金深度纯净化及稀土损耗有效控制的世界性难题;发明了镁稀土三元中间合金及镁锆复合细化剂的共电解制备工艺,使成本降低了三分之二,有效调控了镁合金熔体的预结晶组织与结构,实现铸态组织微细化和均质化。

3、发明了镁稀土合金构件铸造与变形系列核心技术。发明了水平上升大型低压铸造新方法新工艺与镁合金阻燃涂料,突破了大型复杂镁合金铸件充型过程中氧化燃烧、铸件尺寸精度低、表面质量差的瓶颈;发明了大压缩塑性变形制备超细组织材料的系列技术,构建了稀土镁合金高温蠕变机制图,开发了晶粒细小、织构弱化的大型复杂变形部件的成型工艺;综合解决了大型复杂镁合金零件的铸造与变形过程精确控形与控性关键难题。

4、发明了镁合金表面处理新方法与新工艺。发明了形成致密耐蚀膜层的表面均匀化前处理新工艺、镁合金阳极氧化用离子离换膜电解槽及其氧化方法,镁合金超声阳极氧化与着色方法及装置,解决了镁合金阳极氧化用电解质溶液不稳定、镁合金表面化学成分和电化学不均匀的难题,使表面膜层更加均匀、致密,大大提高了阳极氧化膜层的防护性能;膜层中性盐雾耐蚀性能2000h条件下保护评级达到10级;实现了工业规模应用。

     将发明的镁稀土合金与创新的工艺结合,首次实现了大型复杂高性能镁稀土合金航天与航空主承力结构部件设计与制造。研制了30余种大型复杂国防关键部件,其中实现(型号)典型应用的有:089专项xx飞行器三角翼,已成功试验多次,累计供货20件;新型Z20直升机机匣50余套,XX反坦克导弹壳体已转让批量生产,累计供货近万件,均为世界首次。xx导弹用FS-x涡扇发动机中介机匣40余套、YJ-21导弹舱30余套、HQ16导弹舱体50余套,均已实现批量供货。已经完成研制的有:xxx战机导弹弹射架完成飞行试验,单机实现减重60公斤;空天飞机系列部件20余套,均实现减重25%以上。

      综上所述,该项成果实现了镁稀土合金研发和应用的世界性超越,对我国武器装备的轻量化具有重大作用。本项目共授权发明专利60余项,发表高水平学术论文190余篇,论文引用次数4300余次。相关研究成果已推广到汽车及其它民用领域,具有显著的经济效益和社会效益。近三年新增产值5亿多元,新增利税1亿多元,新增节支总额2000万元。大力促进了我国优势资源镁及稀土产业的发展。本项目建立了具有自主知识产权的镁稀土合金的技术体系。在2016年11月由国防科工局科技与质量司主持的科技成果鉴定会上,鉴定委员会一致认为:该项目创新性突出,总体上达到了国际领先水平。

 

图1 xx翼结构设计与测试

 

 

图2 xx机匣的研制与评价

图3 获奖证书