高性能铝基复合材料加工成型技术及工程化应用

发布时间: 2024-09-26

基本信息

合作方式：技术服务

成果类型：发明专利,软件著作权,著作权,新技术

行业领域：

新材料技术,新材料产业,新材料

成果介绍

本项目针对DRA加工成型技术瓶颈，重点开发了DRA大尺寸构件高效可控塑性加工与实用化搅拌摩擦焊技术，取得创新成果如下： 1. 建立DRA高效可控轧制技术。建立变形工艺参数与颗粒团聚、裂纹等组织缺陷关系，开发出分段轧制技术与包套轧制技术。 2. 建立DRA可控锻造技术。通过跨尺度有限元模拟与实验结合，开发出自由锻技术大幅改善加工效率。 3. 开发DRA实用化搅拌摩擦焊技术。发明了高耐磨搅拌摩擦焊接工具，实现了DRA长距离、高质量可靠连接。基于上述发明，研制、生产的DRA板材厚度可达1.5-120 mm，锻件投影面积可达4 m2。研制出直径大于2300 mm的超大尺寸锻件，部分产品力学性能超过美国DWA公司同类产品；B4C/Al中子吸收材料比国外Boralcan、Bortec等产品致密度、塑性、耐蚀性更优异。另外，SiC/2009Al接头强度可达峰时效态母材的97%，退火态B4C/6061Al接头强度系数100%，是目前公开报道DRA的最高强度系数。相关成果获发明专利授权9件，软件著作权2项，发表SCI收录论文32篇。发布企业标准4项，为中核公司起草焊接企业标准2项。

成果亮点

一：建立颗粒增强铝基复合材料高效可控轧制技术。针对铝基复合材料轧制难题，本成果通过建立加工图及有限元模拟，提出多段轧制方法，与常规工艺相比，轧制效率提高2-3倍。利用该方法生产的可热处理强化SiC/Al板材厚度可达1.5-120 mm，性能全面达到或超过国际公开报道水平。产品已应用于卫星、空间站承载结构和机构。制备的B4C/Al中子吸收材料率先实现国产化，在高温气冷堆核燃料元件贮运容器、乏燃料运输与干式贮存容器等获得广泛应用。二：建立复合材料可控锻造技术。本成果发明了适用于复合材料的高效自由锻造技术，实现复合材料锻件的快速、高效制备。成功研制出直径达2300 mm的SiC/Al超大尺寸锻件，为目前世界上公开报道的最大复合材料构件。开发出SiC体积含量17-45%的高性能SiC/Al锻件，形成4种固定牌号产品，为惯导仪器平台、天问一号火星车等10余个重要型号提供关键零部件数千件。三：开发了复合材料高质量与实用化搅拌摩擦焊接技术。本项目发明了一种高韧性、耐磨的长寿命的焊接工具，可连续焊接SiC/Al、B4C/Al板材10米以上，是钢制焊接工具寿命的100倍以上，可获得高的焊缝强度系数。

团队介绍

中国科学院金属研究所：马宗义、肖伯律、王全兆、王东、倪丁瑞、刘振宇

成果资料