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新材料之探索 | 2016年新材料技术发展盘点一
时间:2018-03-27 12:32:04    文字大小:【】【】【

【材料+说】:

     新材料技术的发展不仅促进了信息技术和生物技术的革命,而且对制造业、物资供应以及个人生活方式产生重大的影响。记者日前采访了中国科学院“高科技发展报告”课题 组的有关专家,请他们介绍了当前世界上新材料技术的研究进展情况及发展趋势。 材料技术的进步使得“芯片上的实验室”成为可能,大大促进了现代生物技术的发展。新材料技术的发展赋予材料科学新的内涵和广阔的发展空间。

2016年盘点

高温合金

     金属结构材料仍是2016年材料技术发展的主流,起着不可替代的作用。高温合金是航空发动机和燃气轮机最关键的材料,高温合金的重量占航空发动机和燃气轮机总重量的70%以上。高温合金的研发和应用水平在很大程度上反映了一个国家的航空发动机和燃气轮机的发展水平。

                                            

1. 低成本第三代单晶高温合金CMSX-4 Plus投入使用


     第三代单晶镍基高温合金是目前国外先进航空发动机应用较多、性能水平最高的单晶高温合金。典型的第三代单晶高温合金包括CMSX-10和Rene N6,两种合金均含有6wt.%的价格昂贵、非常稀缺的铼元素。美国Cannon-Muskegon公司在会上报道了含铼4.8wt.%的低成本第三代单 晶高温合金CMSX-4 Plus,合金的力学性能优于已有的第三代单晶高温合金,克服了CMSX-10合金在使用中容易出现的组织稳定性问题,而且合金成本降低20%。据报 道,CMSX-4 Plus合金已经在英国Rolls-Royce等航空发动机制造公司投入使用。


2. 单晶叶片内壁再结晶无损检测技术获得新突破


    再结晶是单晶叶片常见缺陷,目前单晶叶片再结晶缺陷的无损检测仅限检测叶片外表面的再结晶,对可能发生在空心叶片内壁的再结晶尚没有简单可行的无损检测技 术。美国加州大学圣芭芭拉分校的T. Pollock研究小组在2016年9月召开的第13届国际高温合金会议上报道:他们结合有限元模拟,采用共振超声技术,尝试了单晶叶片内表面再结晶缺陷 的无损检测。研究表明,占检测叶片总体积1%的再结晶缺陷就会诱发明显的异常信号,这种方法的灵敏度比目前的共振超声技术提高了约两个数量级。


钛合金

    2016年钛合金的发展主要特点集中在以下几方面。一是随着航空、海洋工程、石化、医疗等产业的发展,全球钛市场需求有所增长,主要国家都在提高量产规模,开发新 型的材料品种。二是大力开发先进制造技术,如在3D打印基础上现朝着更先进的4D和5D打印发展。4D打印可以通过软件设定模型和时间,让产品在设定的时 间内变形为所需的形状。5D打印可以复制打印出人体的任何器官。

                                

1. 新型高强度高韧性可焊接钛合金研制成功 


    2016 年美、法、日和我国“蛟龙号”等7000米级别的深潜器载人球舱均采用Ti-6Al-4V钛合金制造,但Ti-6Al-4V合金的强度无法满足建造万米级 潜水器载人球舱的技术要求。在中国科学院战略性先导科技专项支持下,中国科学院金属研究所研制成功一种新型高强度高韧性可焊接钛合金,在保持韧性与焊接性 能和Ti-6Al-4V相当的前提下实现强度提升超过20%,采用该合金制备的全海深潜水器球舱缩比件于2016年10月通过压力试验。

镁合金

      2016 年镁合金的发展特点表现为进一步提升产品设计水平,研究高效、低成本、绿色成型制造新技术,开发性能优异的新品种,满足不同的性能要求。已经开发出一系列 含稀土的镁合金,还开发出含Zr高温镁合金,Mg-Al-Si基合金,Mg-Zn-Cu基合金等。研究改进成型制造技术开发新品种,如采用快速凝固法制备 纳米碳管增强镁基复合材料,加入不同含量的碳纳米管,使复合材料强度不同程度提高。采用液态成型的压力铸造和重力铸造制造镁合金压铸件代替传统铸铁、铸钢 件,甚至代替铝压铸件,正成为汽车制造业的发展趋势,已发展到汽车发动机支架、轮毂、框架件等受力部件的制造。

                                        

1. 轻质形状记忆镁合金开发成功

    开发轻质形状记忆合金是材料行业急待追求的目标。2016年7月,日本东北大学研究人员发现Mg-Sc原子比在4:1左右时能够形成形状记忆合金,而该合金 的密度仅为2 g/cm3左右,远远小于之前所发现的形状记忆合金。这种轻质镁钪形状记忆合金在对重量控制严苛的领域存在着巨大的应用潜力。


2. 镁合金在航空航天和国防军工领域应用取得重要进展

    2016 年,镁合金在中国航空航天和国防军工领域关键零部件上的应用取得多项关键进展。中国上海交通大学、重庆大学、中国科学院金属研究等科研单位在镁合金成分优 化设计、熔体纯净化工艺、铸造工艺、热处理工艺和表面处理工艺等方面开展了大量研究工作,攻克了现有镁合金强度偏低、耐热性差、成型性差等技术难题,开发 出高塑性镁合金、超高强镁合金、高强耐热铸造镁合金、低成本铸造镁合金等多种新型高性能合金材料,制造了一系列组织致密、化学成分、力学性能、尺寸精度、 重量及表面防护均满足使用要求的高端镁合金产品,并成功实现在火箭惯组支架、卫星贮箱支架、军机弹射座椅、卫星地板、导弹外壳等重要零件上的批量应用,在 中国航空航天和国防军工事业发展壮大过程中发挥了重要技术支撑作用。

复合材料

    根据JEC的预测,从2013年到2018年,全球复合材料销量年增长将达6%,至2018年全球复合材料的市场将达到418亿美元,而中国将占到这一五年增长中的45%。预计到2017年中国复合材料市场份额将达到115亿美元左右,复合材料年均增长率达7.3%。

                     

1. 采用3D打印新技术(自动传布光敏聚合物波导法)制备高性能复合材料

      2016 年波音下属的HRL实验室在利用3D打印技术制备新材料方面取得了显著成绩,开发出一种称为“自动传布的光敏聚合物波导法”的成型技术。这种由HRL自主 开发、能实现快速大批量生产原型零件的方法,是美国国防预研局(DARPA)历时10年的一项轻质、高强材料开发合同中的一部分。依靠该技术,HRL实验 室已于近期制备出超轻金属材料和陶瓷材料。

 

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