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日期:2018-09-11 阅读次数:3523
 

 苏州市轻金属及其复合材料实验室

一、实验室简介

    实验室成立于2006年,由国内轻金属及其复合材料权威专家柴东朗教授领衔,2009被认定为苏州市重点实验室。实验室主要科研骨干15人,致力于复合陶瓷化、超轻金属材料研究和产业化。实验室先后与航天一院、航天五院、航天八院、中船重工705研究所等近20个研究所进行学术交流和学术合作,为实验室的研究成果在我国航天领域的推广应用和加深交流合作奠定了必要的基础。其中,航天航空领域的轻金属及其复合材料产品研究其研发的高强韧镁合金AZ33M 超轻镁锂合金LAZS-10A\LAZS-10B已列入国标和军标,成为多个航天器型号选用的轻合金,打破了国际上对我国轻金属材料的封锁。实验室于2010年获得苏州市重点实验室二期滚动支持(SZS201010)。

二、研究方向

实验室主要研究方向为:复合陶瓷化、超轻金属材料(AZ33M镁合金、超轻Mg-Li合金、超轻Mg-Li-Ca 合金、高温耐蚀镁合金、铝锂合金、铝基复摩擦材料)、钛合金的渗氧技术等。

 
三、科研骨干
 
柴东朗:教授,博士生导师。西安交大苏州研究院新材料技术实验室主任。主要研究方向为:1.轻质高强合金的设计、制备与性能;金属基复合材料的设计制备与性能。2.高强韧轻质(Al、Mg、Ti)合金(超轻质Mg-Li合金)大流变机理及其热行为。3.双属性(结构-功能)有机、无机物增强-金属基复合材料的界面设计、界面特征及其复合效应。4.复合材料的细观力学分析、计算机仿真及虚拟试验、材料设计中“形状相似”及“行为相似”模拟模型及理论。5.高强、超轻质Mg-Li合金(密度为每平方厘米1.0-1.5g)及其复合材料的成份结构设计、强化机理及性能研究。
涂铭旌:中国工程院院士,学术顾问。长期从事金属材料、稀土材料、纳米材料和复合材料、强度与断裂的研究。
 
王秀玲:高级工程师。主要研究金属材料的微观组织对力学性能的影响。
 
石兴泰:博士,高级工程师。主要从事镁合金的强度以及断裂机理的研究。
 
刘  洋:助理工程师,主要从事高强镁合金以及镁合金表面处理技术的研究。
 
四、主要成果
1、复合陶瓷化
性能:循环盐雾实验96h,破损面积小于5%(已经过SGS验证,如图1);处理后表面不导电;
优势:与微弧氧化相比,复合陶瓷化能够处理到零件的螺纹孔以及棱边棱角,且陶瓷层致密、无空隙、无增厚现象、表面均匀光滑。处理范围不受零件的尺寸以及复杂程度的影响,而微弧氧化技术受限于零件的形状,并且循环盐雾实验48h,满足不了国军标的要求。
应用:2016年7、8月与705所、中船重工西安东仪集团合作应用于某水雷项目,并且后续项目已于今年(2018年2月)开始。主要应用零件见图2。

 
 

1  SGS盐雾实验报告

                            图2 部分应用零件零件
2AZ33M镁合金
    性能:如下表(已经过SGS的验证,如图3)
 
在2015年通过了世标(如图4)及国标认证(如图5)
优势:国内镁合金的抗拉强度一般在250MPa左右,断后伸长率一般不高于10%,不耐腐蚀,机加工困难;而AZ33M镁合金抗拉强度、断后伸长率以及耐蚀性能均高于国内镁合金,且易于机加工。

                         图3  AZ33M镁合金力学性能SGS测试报告

         图4  AZ33M获得世标认证

图5  AZ33M获得国标认证
   应用:在水雷、导弹、卫星、无人机机翼等国防领域均有应用记录。其部分零部件如图6所示。

图6  AZ33M在国防领域的部分应用
3、快离子导电膜
性能:电阻率为0.0078mΩ·mm(相同条件下银的电阻率为0.017mΩ·mm)。膜层致密、导电、有金属光泽(可以当镜子照)。具有金属键和离子键导电机制,结合力强,230℃热震(10次)转化膜无脱落。
应用:已经应用于雷达、通信(上海铭源科技有限公司)等领域如图7。

图7  快离子导电膜处理零部件
4、钛合金的渗氧技术
性能:1、表面层为金红石结构的TiO2
2、渗氧深度0.001-0.30mm;表面硬度Hv650-1000;
3、耐烧蚀(≥900℃)、耐腐蚀、耐磨
4、可用于精密、复杂形状的钛合金;零件硬化处理,也可用于大型零件。
应用:已应用于某狙击枪的表面处理,处理后连发1000发,表面温度升高不大(如图8)。

图8  钛合金的表面渗氧技术
5、超轻Mg-Li合金       
性能:密度1.4~1.6g/cm3,抗拉强度200~250MPa,延伸率20左右。
优势:普通镁合金的密度为1.8g/cm3,它与国内外Mg-Li合金相比具有优良的力学性能、较高的抗腐蚀性能、较低的密度等优点。被多方专家组评定为“国内领先,国际先进”。为目前应用的最轻的结构材料
应用:已经通过国军标的认证,已成功应用于LD-4、CX-6、MC-A/B、浦江一号等型号卫星。并对结构材料的取代率接近100%,基本上取代了铝合金。并为MC-A\B卫星的结构件减重达到50%左右。其应用的部分零部件如图9。

图9  超轻Mg-Li合金应用的部分零部件
6、超轻Mg-Li-Ca合金     
特点:密度1.25g/cm3,与其他镁锂合金相比,在强度水平相当的情况下具有更低密度第二代超轻Mg-Li合金)。
应用:基于超轻Mg-Li合金的情况,可以达到中试水平,目前还未产业化。
7、高温耐蚀镁合金
性能:1、600℃长时加热情况下,材料完好未发生表面烧损现象(材料表面光亮)和材料内部局部熔融情况;
2、经过差热分析表明挥发温度为730℃,起始熔点为760℃,完全熔化温度为800℃左右。
3、在PH为6的溶液中浸泡60天后,晶界处仅有轻微腐蚀;在PH为10的溶液中浸泡60天后,未见明显腐蚀,仅有微量沉积物。
4、在400℃时压缩强度接近240MPa。
应用:实验室研究阶段已结束,可以达到中试水平,目前还未产业化。
8、铝锂合金
性能:抗拉强度595MPa、屈服强度455MPa、延伸率10.8%、密度2.35g/cm3
优势:第三代铝锂合金1460性能为抗拉强度538MPa、屈服强度492MPa、延伸率10.5%、密度2.57g/cm3
    应用:处于中试阶段,目前还未产业化。
9、铝基复合摩擦材料
性能:1、使用温度范围宽(-50—350℃),散热好;2、无“热衰退”现象;3、磨损率低,优于国标5-10倍;4、无低温脆性;5、良好的抗腐蚀性能;6、制备工艺简单,价格便宜;7、对于磨副有良好的保护作用。
应用:可广泛用于各种交通运输工具和机器设备的制动器、离合器及摩擦传动装置。图10为摩擦系数和磨损率的检测报告。
 

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