【基金标书】2011CB606300-高性能金属材料控制凝固与控制成形的科学基础.doc

项目名称:
高性能金属材料控制凝固与控制成形的科学基础
首席科学家:
谢建新北京科技大学
起止年限:

依托部门:
教育部
二、预期目标
1 总体目标
推动我国材料先进制备与成形加工技术的发展,满足国家可持续发展战略,以及国家经济、社会发展对高性能金属材料和产品的重大需求,为节约资源、降低能耗、保护环境等做出积极贡献。具体包括:①发展金属材料控制凝固与控制成形的新原理与新方法,满足高新技术发展与国防建设的需求;②发展适合于工业应用的金属材料控制凝固与控制成形技术原型,满足传统结构材料向高性能化、复合化、结构功能一体化发展的需求;③发展智能化精确控制制备与成形加工的新原理与新方法,构建基本理论框架,促进前沿技术与材料科学与工程学科自身的发展。
通过系统研究高性能金属材料控制凝固与控制成形的共性关键科学问题,发展与完善“强制凝固过程的传质传热行为与组织形成原理”、“制备与成形加工全过程的组织遗传特征及其控制理论”、“材料组织-性能-构形的一体化智能控制理论”三项基础理论,取得创新性研究成果。在基础理论研究的指导下,发展制备加工共性关键技术,在高性能金属材料短流程制备加工的精确控形控性、高质量工业应用关键技术上取得突破,开发5种具有国际先进水平和自主知识产权的新技术与新工艺原型,包括:高性能非晶复合材料的低成本制备与成形加工技术;大体积金属熔体强制均匀凝固技术;直接喷射沉积制备无余量或少余量高合金化工模具技术;高性能脆性难加工材料高效制备加工技术;双性能材料激光熔化沉积成形一体化制备技术。同时,开拓材料智能制备成形技术这一新的学科方向,建立理论和技术基础,发展全过程组织性能与形状尺寸精确控制的新原理和新方法。其中部分新技术与新工艺将与国家其他项目的实施相结合,达到工业示范水平。开发特种双性能材料、飞机大型整体承力件、高强铝合金大型构件、高取向高硅电工钢、大应变磁致伸缩材料、新型高比强结构材料等高性能材料,满足国家重大需求。
通过项目实施,培养和引进优秀青年科技人才,发展和壮大材料制备加工技术领域的创新型研究队伍,形成若干个国家级、省部级创新团队,巩固基础研究和技术创新基地。
2 五年预期目标
通过系统深入的研究,构建基础理论体系,形成关键示范技术,实现总体预期目标。具体包括:
(1)非晶复合材料控制凝固与成形的基础研究:建立多元合金非晶形成的原子尺度理论,揭示非晶合金的微观组织与性能之间的关系;阐述合金熔体控制凝固过程中析出相的类型与顺序、析出相的结构特征及其对剩余液相非晶形成能力的影响规律,以及非晶复合材料的成形加工特性;开发高性能非晶复合材料的低成本制备与成形加工技术。
(2)大体积金属熔体强制均匀凝固与控制成形技术基础:开发多元合金大型铸锭及大型构件的组织和成分均匀控制与成形一体化技术,建立大体积金属熔体强制均匀凝固精确控制理论框架,发展高合金材料控制凝固与控制成形的新原理和新方法;在多元高性能铝合金大型铸锭及大型构件的制备与成形加工、实现以铝代钢、以铸代锻方面取得突破。
(3)高性能工模具钢分散凝固与控制成形的科学基础:探明喷射成形大尺寸工模具钢沉积坯的组织与形状控制机理,雾化熔滴与模具基板交互作用机理和质量控制原理,缺陷的形成演化规律及其控制原理;发展高性能大尺寸沉积坯制备和精密喷射沉积直接成形模具的技术原型,开发高性能工模具钢材料和模具产品。
(4)脆性难加工材料精确控制制备加工的基础研究:揭示脆性难加工材料的韧脆转变机理、微结构对合金本征脆性的影响规律、加工过程中微结构的演变规律,建立脆性难加工材料微结构的精确调控理论框架,阐明成形加工工艺对脆性材料变形能力的影响,发展脆性难加工材料控制凝固与控制成形的新原理与新方法;开发脆性难加工高性能金属材料高效制备加工的工业化技术原型。
(5)双性能材料制备与成形一体化的技术基础:解决双性能材料激光熔化沉积成形一体化制备的基础问题,建立双性能材料激光熔化沉积制备与成形的一体化控制方法及组织性能调控理论;发展成分、组织性能与形状尺寸精确控制的双性能材料及结构的智能化制备新技术,开发2~3种新型双性能材料和结构。
(6)金属材料智能制备成形技术的基础研究:发展金属材料智能制备成形的新原理和新方法,开发2~3种适合于工业应用的材料智能制备成形技术原型;在制备加工处理全过程组织遗传模型的建立、优化工艺方案的制定、成分与组织的在线控制、成形过程的精确控制等方面获得初步应用,为建立现组织、性能和构形的智能化控制技术奠定基础。
(7)具体指标:
开发5种具有国际先进水平和自主知识产权的新技术与新工艺原型,其中部分技术将与国家其他项目的实施相结合,达到工业示范水平。
预计五年间发表高水平学术论文300篇以上,申请国家发明专利