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日期:2018-09-11 閱讀次數:4675
 

 蘇州市輕金屬及其復合材料實驗室

一、實驗室簡介

    實驗室成立于2006年,由國內輕金屬及其復合材料權威專家柴東朗教授領銜,2009被認定為蘇州市重點實驗室。實驗室主要科研骨干15人,致力于復合陶瓷化、超輕金屬材料研究和產業化。實驗室先后與航天一院、航天五院、航天八院、中船重工705研究所等近20個研究所進行學術交流和學術合作,為實驗室的研究成果在我國航天領域的推廣應用和加深交流合作奠定了必要的基礎。其中,航天航空領域的輕金屬及其復合材料產品研究其研發的高強韌鎂合金AZ33M 超輕鎂鋰合金LAZS-10A\LAZS-10B已列入國標和軍標,成為多個航天器型號選用的輕合金,打破了國際上對我國輕金屬材料的封鎖。實驗室于2010年獲得蘇州市重點實驗室二期滾動支持(SZS201010)。

二、研究方向

實驗室主要研究方向為:復合陶瓷化、超輕金屬材料(AZ33M鎂合金、超輕Mg-Li合金、超輕Mg-Li-Ca 合金、高溫耐蝕鎂合金、鋁鋰合金、鋁基復摩擦材料)、鈦合金的滲氧技術等。

 
三、科研骨干
 
柴東朗:教授,博士生導師。西安交大蘇州研究院新材料技術實驗室主任。主要研究方向為:1.輕質高強合金的設計、制備與性能;金屬基復合材料的設計制備與性能。2.高強韌輕質(Al、Mg、Ti)合金(超輕質Mg-Li合金)大流變機理及其熱行為。3.雙屬性(結構-功能)有機、無機物增強-金屬基復合材料的界面設計、界面特征及其復合效應。4.復合材料的細觀力學分析、計算機仿真及虛擬試驗、材料設計中“形狀相似”及“行為相似”模擬模型及理論。5.高強、超輕質Mg-Li合金(密度為每平方厘米1.0-1.5g)及其復合材料的成份結構設計、強化機理及性能研究。
涂銘旌:中國工程院院士,學術顧問。長期從事金屬材料、今年网球冠军、納米材料和復合材料、強度與斷裂的研究。
 
王秀玲:高級工程師。主要研究金屬材料的微觀組織對力學性能的影響。
 
石興泰:博士,高級工程師。主要從事鎂合金的強度以及斷裂機理的研究。
 
劉  洋:助理工程師,主要從事高強鎂合金以及鎂合金表面處理技術的研究。
 
四、主要成果
1、復合陶瓷化
性能:循環鹽霧實驗96h,破損面積小于5%(已經過SGS驗證,如圖1);處理后表面不導電;
優勢:與微弧氧化相比,復合陶瓷化能夠處理到零件的螺紋孔以及棱邊棱角,且陶瓷層致密、無空隙、無增厚現象、表面均勻光滑。處理范圍不受零件的尺寸以及復雜程度的影響,而微弧氧化技術受限于零件的形狀,并且循環鹽霧實驗48h,滿足不了國軍標的要求。
應用:2016年7、8月與705所、中船重工西安東儀集團合作應用于某水雷項目,并且后續項目已于今年(2018年2月)開始。主要應用零件見圖2。

 
 

1  SGS鹽霧實驗報告

                            圖2 部分應用零件零件
2、AZ33M鎂合金
    性能:如下表(已經過SGS的驗證,如圖3)
 
在2015年通過了世標(如圖4)及國標認證(如圖5)
優勢:國內鎂合金的抗拉強度一般在250MPa左右,斷后伸長率一般不高于10%,不耐腐蝕,機加工困難;而AZ33M鎂合金抗拉強度、斷后伸長率以及耐蝕性能均高于國內鎂合金,且易于機加工。

                         圖3  AZ33M鎂合金力學性能SGS測試報告

         圖4  AZ33M獲得世標認證

圖5  AZ33M獲得國標認證
   應用:在水雷、導彈、衛星、無人機機翼等國防領域均有應用記錄。其部分零部件如圖6所示。

圖6  AZ33M在國防領域的部分應用
3、快離子導電膜
性能:電阻率為0.0078mΩ·mm(相同條件下銀的電阻率為0.017mΩ·mm)。膜層致密、導電、有金屬光澤(可以當鏡子照)。具有金屬鍵和離子鍵導電機制,結合力強,230℃熱震(10次)轉化膜無脫落。
應用:已經應用于雷達、通信(上海銘源科技有限公司)等領域如圖7。

圖7  快離子導電膜處理零部件
4、鈦合金的滲氧技術
性能:1、表面層為金紅石結構的TiO2;
2、滲氧深度0.001-0.30mm;表面硬度Hv650-1000;
3、耐燒蝕(≥900℃)、耐腐蝕、耐磨
4、可用于精密、復雜形狀的鈦合金;零件硬化處理,也可用于大型零件。
應用:已應用于某狙擊槍的表面處理,處理后連發1000發,表面溫度升高不大(如圖8)。

圖8  鈦合金的表面滲氧技術
5、超輕Mg-Li合金       
性能:密度1.4~1.6g/cm3,抗拉強度200~250MPa,延伸率20左右。
優勢:普通鎂合金的密度為1.8g/cm3,它與國內外Mg-Li合金相比具有優良的力學性能、較高的抗腐蝕性能、較低的密度等優點。被多方專家組評定為“國內領先,國際先進”。為目前應用的最輕的結構材料。
應用:已經通過國軍標的認證,已成功應用于LD-4、CX-6、MC-A/B、浦江一號等型號衛星。并對結構材料的取代率接近100%,基本上取代了鋁合金。并為MC-A\B衛星的結構件減重達到50%左右。其應用的部分零部件如圖9。

圖9  超輕Mg-Li合金應用的部分零部件
6、超輕Mg-Li-Ca合金     
特點:密度1.25g/cm3,與其他鎂鋰合金相比,在強度水平相當的情況下具有更低密度第二代超輕Mg-Li合金)。
應用:基于超輕Mg-Li合金的情況,可以達到中試水平,目前還未產業化。
7、高溫耐蝕鎂合金
性能:1、600℃長時加熱情況下,材料完好未發生表面燒損現象(材料表面光亮)和材料內部局部熔融情況;
2、經過差熱分析表明揮發溫度為730℃,起始熔點為760℃,完全熔化溫度為800℃左右。
3、在PH為6的溶液中浸泡60天后,晶界處僅有輕微腐蝕;在PH為10的溶液中浸泡60天后,未見明顯腐蝕,僅有微量沉積物。
4、在400℃時壓縮強度接近240MPa。
應用:實驗室研究階段已結束,可以達到中試水平,目前還未產業化。
8、鋁鋰合金
性能:抗拉強度595MPa、屈服強度455MPa、延伸率10.8%、密度2.35g/cm3。
優勢:第三代鋁鋰合金1460性能為抗拉強度538MPa、屈服強度492MPa、延伸率10.5%、密度2.57g/cm3。
    應用:處于中試階段,目前還未產業化。
9、鋁基復合摩擦材料
性能:1、使用溫度范圍寬(-50—350℃),散熱好;2、無“熱衰退”現象;3、磨損率低,優于國標5-10倍;4、無低溫脆性;5、良好的抗腐蝕性能;6、制備工藝簡單,價格便宜;7、對于磨副有良好的?;ぷ饔?。
應用:可廣泛用于各種交通運輸工具和機器設備的制動器、離合器及摩擦傳動裝置。圖10為摩擦系數和磨損率的檢測報告。
 

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