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多维动态脉冲塑性变形技术制备低成本大块高强韧纳米镁锂合金棒材

成果类型:: 新技术

发布时间: 2023-11-20 09:31:02

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 赵国栋 | 2023-11-20 09:31:02

镁锂合金是最轻的金属结构材料,密度为1.35-1.65 g/cm3,应用于航空航天、武器装备、汽车等高端制造领域,所产生的轻量化效果将有效缓解环境污染和能源枯竭两大问题。另外,镁锂合金具有比强度和比刚度高、成型性好、电磁屏蔽性能优异及易回收等优点,具有重要的应用价值。然而,镁锂合金较低的绝对强度成为限制其广泛应用的“卡脖子”问题。目前对镁锂合金开发也不成熟,缺乏有效的加工工艺。本研究组发展了多维动态脉冲塑性变形技术,其独特的三向应力状态使之具有突出的强化金属和细化晶粒的能力。通过适当的工艺设计和构筑新型微结构,将LA43M单相镁锂合金的强度提升至405MPa,延伸率保持在5%以上,为目前最高强度的大块镁锂合金。另外,将双相LA103Z镁锂合金的强度显著提升至249 MPa,延伸率稳定维持在40%左右。翔实的微观组织演变表征、变形行为分析及强化机制揭示对开发高性能镁锂合金具有重要的指导意义。

独特的多维动态脉冲塑性变形技术:该研究组开发了多维动态脉冲塑性变形技术,通过独特的三向应力状态,实现了对镁锂合金的强化和晶粒细化。这种技术能够有效提高镁锂合金的强度和延展性,并且具有可控性和可重复性,为镁锂合金的开发提供了新的途径。高强度的镁锂合金材料:通过适当的工艺设计和构筑新型微结构,研究团队成功将LA43M单相镁锂合金的强度提升至405MPa,延伸率保持在5%以上。相比传统镁锂合金,这一强度水平是目前较高的。此外,双相LA103Z镁锂合金的强度也显著提升至249 MPa,延伸率稳定维持在40%左右。这些高强度的镁锂合金具有重要的应用潜力。微观组织演变表征和强化机制揭示:该研究通过详细的微观组织演变表征和变形行为分析,深入揭示了强化机制。这对于进一步开发高性能镁锂合金具有重要的指导意义,并为相关领域的理论研究和工程实践提供了基础。

  1. 航空航天领域:镁锂合金的轻量化和高强度特性使其在航空航天领域具有巨大潜力。例如,可以用于制造飞机结构件、发动机部件和航空用途的航空器件等。镁锂合金的轻量化效果可以提高飞行器的燃油效率,降低碳排放,同时又保持较高的强度和刚度,提高航空器的安全性和性能。

  2. 汽车工业领域:汽车行业对于轻量化材料的需求很大,以降低燃料消耗并改善车辆性能。镁锂合金的低密度和高强度使其成为制造汽车轻量化零部件的理想选择,如车身结构、底盘部件和发动机零件等。使用镁锂合金可以降低整车重量,提高燃油经济性和行驶里程,减少对环境的负荷。

  3. 电子设备领域:镁锂合金也可以应用于电子设备领域,例如制造轻薄的电子设备外壳、结构件和散热器等。其高强度、导电性和热传导性能可以提供良好的电磁屏蔽和散热效果,同时减轻了电子设备的重量,改善了便携性和性能。

  4. 武器装备领域:镁锂合金在武器装备领域也有潜在应用,如制造火箭弹头、导弹和武器部件等。其轻量化和高强度特性可以提高火力平台的机动性和作战能力,同时减少对后勤和运输的负荷。

  5. 其他领域:除了航空航天、汽车、电子设备和武器装备之外,镁锂合金还可以在其他领域得到应用,如运动器械、医疗设备、太阳能和风能等。

赵永好,南京理工大学二级教授,博导,纳米异构材料中心执行主任,国家杰出青年基金获得者,江苏省先进微纳米材料与技术高校重点实验室副主任,先进金属与金属间化合物材料技术工业和信息化部重点实验室副主任,江苏省高层次“创新创业”人才和教育部新世纪优秀人才,《美国名人录(Marquis Who’s Who in America)》67-65卷收录。长期从事块体纳米金属材料和高熵合金的力学性能、热稳定性和变形机理研究并取得突出成绩,在Nat. Mater.(1)、Adv. Mater.(8)、Nat. Commun.(1)、Phys. Rev. Lett.(2)、Nano. Lett.(1)、Acta Mater.(17)等国际学术期刊发表SCI论文230余篇,论文被引用18000余次,H index = 61,第一作者论文有2篇被SCI引用超过900次、15篇被SCI引用超过100次;获授权美国发明专利1项、中国发明专利38项。国际学术会议摘要110余篇,包括4次大会特邀报告和20余次邀请报告。

在航空航天及军事等领域,轻量化是提升装备能力和降低能耗的核心,因此存在“克克计较”的迫切需求。用镁锂合金替代铝合金和钛合金等材料,可获得20~50%的减重效果,并具备减震降噪、屏蔽电磁干扰等作用。据核算,在航空航天领域每减少1kg重量,成本将减少22000美元。因此,制备高性能镁锂合金,扩大其应用范围将具有显著经济效益。多维动态脉冲塑性变形技术工艺和设备简单,成本低,能够大批量生产。

成果以技术咨询方式为成果转化的方向:

  1. 提供专业咨询服务:希望通过技术咨询方式,为相关行业提供专业的技术指导、问题解决方案和优化建议。技术咨询团队应具备高水平的专业知识和实践经验,能够根据客户需求和实际问题,提供定制化的解决方案和服务。

  2. 推广成果转化:通过技术咨询方式推广成果转化,让更多相关企业或个人了解到该技术成果的应用效益和商业价值。促进知识产权的转化与商业化应用,进一步推动科技成果的转化和产业的升级。

  3. 优化相关工艺和设备:为了更好地推广技术成果,技术咨询团队还需要根据客户实际情况,提供相应的工艺优化和设备支持。优化相关工艺和设备能够提高技术成果的运用效率和产品品质,进一步提高技术的应用价值和商业竞争力。

  4. 协助解决实际问题:技术咨询团队应具备解决实际问题的能力,协助客户解决实际问题,提高客户的生产效率和产品质量。通过技术咨询和支持,能够帮助客户克服技术难题和面临的挑战,从而提高客户的企业竞争力。

  5. 与客户建立长期合作关系:技术咨询不仅是一次性的服务,还应与客户建立长期的合作关系。与客户建立长期合作关系,能够更好地理解客户的需求和问题,提供一站式、持久性、可靠性的技术服务。