30高性能铝基合金制备及其应用

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本成果为一系列铝基合金材料，包括铝硅合金、铝碳化硅梯度复合材料以及高硅铝合金壳体的成形方法和模具。将铝硅合金粉末和铝基复合材料的板坏直接铺设进行热压烧结，不需要经过冷压成型，减小热膨胀系数，易于控制铝基复合材料层的厚度和形状，确保工艺的可重复。

将铝硅合金与铝碳化硅有机结合，构成具有多层梯度结构的铝硅/铝碳化硅梯度复合材料，一方面利用铝碳化硅复合材料的高强度和高模量，为电子器件提供良好的机械性能，另一方面充分发挥铝硅合金的易加工、可镀覆、可激光焊接等优点，有利于加工成具有复杂形状的封装壳体，为高功率密度电子器件提供封装保护。本成果还提供一种加工模具，可以对高硅铝合金壳体的尺寸进行约束，使得成型后尺寸偏差小，且通过模具设计可以获得不同形状大小的封装壳体，成形后尺寸偏差小，合格率高。

应用前景 Application Prospect

本成果制备的铝硅/铝碳化硅梯度复合材料具有良好的可控性，可根据封装要求，采用普通机械加工即可获得具有特定形状和尺寸的封装壳体，并且可进行表面镀覆和激光焊接，实现气密封装。制备工序流程简单、易于控制和实现，对梯度压坏进行热压烧结或热等静压，实现了一体烧结致密化，不仅减少了制备工序，提高生产效率，而且成形温度较低，能够避免铝硅合金与铝碳化硅之间形成脆弱的过渡层，提高梯度复合材料整体的性能，并可以推广至其他金属材料的制造，具有极高的工业应用价值。

微波发射/接收（T/R）组件是通讯雷达的核心部件，其中大功率、高热耗电子器件的芯片化应用对组件封装壳体的气密性、耐热性、轻量化提出了更高的要求。成果实现了更高功率密度的封装，提高了芯片的稳定可靠性能，解决国家重点工程中关键电子元器件及材料的“卡脖子”问题，服务于经济社会发展，对于保障国家安全、提高我国国际战略地位等具有重要意义。

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铝基合金材料

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31一种2A14铝合金高筒件的制备工艺

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本项技术针对传统工艺制造的2A14铝合金高筒件存在局部性能偏低、各向性能差异显著与径向性能超差等难以满足现代武器装备高性能及减重需求的问题，开发了一种适用于航天用2A14铝合金高性能高筒形结构件的成形制造新技术，通过采用中温马架扩孔、中间高温固溶热处理与中温环轧工艺，实现了大型铝合金筒段粗大第二相化合物破碎溶解与晶粒组织再结晶细化，全面提升了2A14铝合金高筒件综合力学性能及其均匀性，尤其是径轴向延伸率。

应用前景 Application Prospect

本项技术解决了大型铝合金环筒锻件中局部粗大化合物富集与粗大纤维组织结构所导致的局部性能偏低、各向性能差异显著与径向性能超差等共性问题，全面实现了产品的技术指标，锻件力学性能显著提高，整体性能提升10%以上，合格率由 20% 左右提升至9 19.7% ，并可推广应用于航天其他导弹、运载火箭及航空飞机等。未来，随着武器型号批产与运载火箭高密度发射，经济效益巨大。

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成果展示 Achievement Exhibition 图1筒段全流程工业试制 知识产权 Intellectual Property Right

图2基于变刚度驱动器制造软体抓手

32一种调控2219铝合金环件粗大第二相的方法

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2219铝合金是航天运载承力结构件主要用材，其铜含量超出铝基体的最大溶解度，大规格铸锭制备过程极易形成粗大网状结晶相，遗传至最终产品如运载火箭贮箱过渡环，导致环件整体性能不高与局部性能偏低等问题，难以满足航天运载结构件高性能与减重需求。对此，本项目发明了一种“中低温马架扩孔 ^+ 高温退火”和“中低温环件轧制 ^+ 固溶新方法，通过强变形与热处理协同实现了粗大残余结晶相充分破碎与溶解扩散，应用于2219铝合金环形件制造中，大幅提高了环件的综合性能及其均匀程度，解决了局部点性能偏低的大型环件制造瓶颈问题。

应用前景 Application Prospect

本项技术既可以减少大型环件粗大第二相粒子的数量和尺寸，也可以减弱其层状分布趋势，全面实现了产品的技术指标，解决常规工艺制造的2219铝合金环形件存在成形后大环局部点性能偏低、各向异性突出的问题，抗拉及屈服强度最低值提升 15% 以上，径向及轴向延伸率最低值提升 100% 以上，满足航天环形件高性能需求。未来，随着卫星大规模组网以及民用航天事业发展，运载火箭高密度发射需求越来越大，经济效益巨大。同时该项技术具备普适性，可推广用于航空、能源与交通运输等领域环形件高性能制造，市场应用前景极佳。

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成果展示AchievementExhibition图1环件全流程工业试制图2残余结晶相对比知识产权IntellectualProperty Right

33高性能轻合金压力加工技术

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本成果主要是一种高性能轻合金压力加工技术，针对航空航天、汽车等领域大型轻质合金材料的难成形问题，采用多向电磁力和磁场力分区加载技术驱动材料高速变形，提高材料成形极限，并改善材料壁厚。在大型零件成形和回弹控制方面，发现电磁线圈放电后，板料的弯曲角会出现高频震荡效应，导致板料的弯曲角内外层反复出现拉伸-压缩交替表现，最终导致板料的残余应力大幅度减小，回弹减小甚至消除。本成果在国际上首次提出的磁场力分区加载制造大型构件，多向磁场力驱动材料按需流动的筒形件拉深等技术。电磁成形是利用脉冲电磁力对金属坏料进行塑性加工的一种高能率加工方法，其的脉冲电磁力来源于电磁成形中的驱动线圈和金属坏料感应涡流间的洛仑兹力，具有高速率、非接触、单模具等特点。相对于传统的准静态成形方法，具有以下优点： ① 可显著提高金属成形极限； ② 改善加工时的应变分布； \circled{3} 减少工件起皱与回弹等。而与其他高能率成形（爆炸成形、电液成形等）相比，电磁成形则具有生产效率高、工艺重复性好等优点。

目前，已采用小型设备实现了直径700mm的椭球零件制造，以及长度近750mm的飞机蒙皮构件无回弹制造。因此，本成果在国际上首次提出的多向磁场力驱动材料按需流动、电磁分区成形、高频振荡等加工技术，实现了复杂构件的高性能制造。

应用前景 Application Prospect

钛合金具有高比强度、耐腐蚀性以及良好韧性和加工性能，在飞机、飞行器、核潜艇、核电站等高新技术领域应用广泛。在《中国制造2025》发展规划中，高性能钛合金是重要新材料产业之一，是国产航母、国产大飞机、国产载人潜水器、天宫系列空间实验室等国之重器制造并完成的有利保障。随着这些行业的迅速发展，钛合金带材的需求日趋旺盛，性能与质量要求更高。本成果提出的多向磁场力驱动材料按需流动、电磁分区成形、高频振荡等加工技术，解决了钛合金带材产品的组织及性能对变形参数和热处理性能要求问题，解决了传统的变形和热处理技术很难达到钛合金带材高强、高韧与高模量的品质要求问题，以及在极端服役条件下的线膨胀系数和低温性能无法满足问题。因此，本成果的技术对实现高强钛合金制造具有重要的科学意义和产业价值。

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34新型金属间化合物多孔材料/多孔膜及其制备方法

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本成果是一种新型金属间化合物多孔材料和多孔膜的制备方法，针对传统多孔材料高分子不耐高温高压、力学性能较差，陶瓷本征脆性，抗热震性能差，金属不耐苛刻环境腐蚀等问题，提出了一种新型金属间化合物多孔材料及元素粉末反应合成的制备方法。通过引入具有金属和陶瓷性能优点的金属间化合物，利用元素的不对称扩散现象，突破了有机、金属或陶瓷材料限制，完成了该新型多孔材料及多孔膜的材料设计和元素粉末冶金制备工艺设计，系统表征了金属间化合物多孔材料的孔结构特征和量化控制，建立了新型多孔材料的材料体系。本成果研发的新型多孔材料能够在苛刻环境下的实现固液分离和固气分离，解决了传统多孔材料无法应用的难题，提升了产品品质，避免了严重的环境污染。

应用前景 Application Prospect

本成果提出的金属间化合物多孔材料，具有金属键和共价键混键结合特征，具有良好的力学性能、抗氧化和抗腐蚀性能，在室高温多种结构领域获得应用，弥补了多孔金属和金属泡沫等抗氧化性能不足和抗腐蚀性能较弱等缺点，改变了传统多孔金属不能用于高温和腐蚀性环境的现状。本成果制备的新型多孔材料在机械与装备制造、能源环保、材料与冶金、土木与交通运输、资源开发与利用、航空航天等工业领域都有着极大的应用前景。

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35数据驱动高温合金材料设计及工艺优化

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本成果是一种通过数据驱动设计高温合金材料的制备及工艺优化技术。高温合金成分复杂、工艺繁琐，研制周期长、研发成本高。本成果通过高通量实验获取高温合金成分-工艺-组织-性能的关键数据，利用数据驱动的方式构建性能预测模型，加快了高温合金的研发进程，研究开发出高性能粉末高温合金新材料，优化了铸造高温合金的工艺。

设计了高通量样品，融合微区成分分析，组织图像自动采集、拼接，显微硬度自动分析手段，建立了高通量表征技术。在同一样品上获取>104组“成分-工艺-组织-性能”关系数据，结合理论模型预测，构建了高温合金数据库。利用该数据库，结合机器学习进行高温合金的成分设计与工艺优化，降低高温合金的研发成本 50% 以上，缩短研发周期一半以上。

本技术通过匹配难熔元素和沉淀强化元素，设计出承温能力比FGH96高出 50°C 以上新型粉末高温合金，其性能达到国外第四代粉末高温合金的性能水平。通过神经网络建立工艺-性能关系模型，快速得到的最优的铸造工艺参数：浇注温度1 420°C 、模壳预热温度 1050°C, 、空壳造型、不加晶粒细化剂。

应用前景 Application Prospect

本技术可应用于制造发动机、燃气轮机等关键部件中高温合金材料的研制，服务于能源、飞机等领域。利用本技术研发的粉末高温合金，通过了中国航发608所的验证实验，有望在某型号涡轴发动机中应用。利用本技术所优化的铸造技术，某厂生产了精铸叶片、机匣等发动机核心铸件，产品合格率由原来的 80% 左右提高到95%以上，近三年累计产生经济效益2.5亿元。

高温合金是航空发动机和火箭发动机等核心装备中最关键、使用量最高的一种高温结构材料，采用数据驱动的方式可缩短相关产品开发周期，降低研发成本，提升竞争力，有助于推进我国在航空航天等关键领域的发展。同时，部分产品的投入使用，产生了明显的经济效益。仅高温合金铸造工艺成功优化，就为中国航发331厂带来每年近1亿的经济效益，有力保障了我国航空发动机材料的供应。

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图1铸造高温合金部分产品实物图

图2设计生产的粉末高温合金涡轮盘盘坏

363D打印构件配套成形技术

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本项目基于“粉末-3D打印工艺-零件性能”关系，指导粉末进行成分、粒径、形貌等参数优化。通过调节气雾化压力、过热温度、保温时间、喷嘴结构、惰性气体气流量来揭示氧含量、球形度、空心粉率及成分变化规律。最终获得高品质合金粉末气雾化紧耦合制备原理及技术。并且通过探究“打印工艺-力学性能-变形控制”关系，发展了高性能、高精度3D打印构件配套成形技术。利用本技术可解决增材铝镁合金零件热裂与强韧化难题，开发出新一代550MPa高强度增材制造专用铝合金粉末配方、气雾化制备及增材制造工艺全套技术，打破空客子公司在这一领域的垄断地位，实现进口粉末的国产化替代。

国际知名期刊《Science》刊文评价本成果研制的增材制造高强铝合金是“近年来开发的，国际上几类有代表性的增材制造专用合金之一”。本成果荣获2022年度中国有色金属工业科学技术一等奖。制备的产品为航空航天增材制造用金属粉末（包括铝合金、高温合金、钛合金等），以及增材制造复杂金属零件。

应用前景 Application Prospect

本成果主要应用在航空航天企业、以及模具、医疗领域。可为商用飞机提供铝合金粉末，提供增材制造飞机复杂铝合金零件；为高铁的轴箱体，提供高铁复杂铝合金零件；为运载火箭和卫星提供复杂铝合金零件；提供涡轮叶片、叶盘、喷油嘴、轴承座、机匣等各类高温合金零件的增材制造。本成果目前在中车工业、上海商飞、沈阳飞机设计研究所、航天三院、中航发南方公司、铂力特等单位获得部分应用。

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增材制造高强铝“制粉-成形-应用”全链条技术

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37高性能铜基合金及其制备方法

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本成果为一系列铜基合金，包括高抗变色金色铜合金、高强高导Cu-Fe合金、铜锌合金以及合金化无氧铜合金的制备方法。铜合金制备过程主要包括熔铸、热冷轧、固溶淬火、冷精粗轧和成品退火等步骤，首次提出双熔体混合铸造技术，同时结合独特的组合形变热处理工艺，制备的铜基合金热、冷加工性能好，合金性能优异。

本成果制备的高抗变色金色铜合金金色度高，不含贵金属元素，成本较低，同时加入微量钴，大大提高合金抗脱锌腐蚀性能。通过首创的Cu-Fe合金短流程制备装备及工艺制备出的Cu-Fe合金，经过形变强化、细晶强化以及微米级/亚微米级/纳米级Fe相多尺度协同析出强化等共同作用，使Cu-Fe合金具有高强度、高导电性能。本成果提出一种合金化无氧铜的制备方法，有效解决了现有技术中无氧铜条在进行生产功率模块的热处理工艺时，随着热的输入，晶粒会急剧增大，从而在下一道接合工艺或是与其他零部件接合时发生各种故障问题，进而实现了即使 850°C 高温时，也可以抑制晶体颗粒增大。

应用前景 Application Prospect

本成果制备的高抗变色金色铜合金组分合理，原材料价格便宜、生产工艺简单、生产成本低、加工性能好、金色度高、在人工汗液和盐雾环境下抗变色性能优异、环境友好，可用于珠宝首饰、艺术雕塑、奖品、标牌、纪念币、装饰等领域，适于工业化生产。Cu-Fe复合材料双熔体混合铸造装备与工艺，解决了现有生产工艺存在设备投资大、流程长、产品规格有限、生产效率低和成本高的问题，所制备的Cu-Fe复合材料铸锭规格范围大、表面质量好、宏观偏析小、组织均匀细小，市场应用前景好。

高抗变色金色铜合金、高强高导Cu-Fe合金附加值高，应用领域广，如规模化投放市场，批量化生产效益显著。

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高抗变色金色铜合金

38高性能CuCrZr系铜合金及其制备方法

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本成果为一种高塑性、高强度、高导电性能的CuCrZr系铜合金，包含以下成分：Cr、Zr、Nb、Sc、Er、Y、Mg，其余为Cu以及不可避免的杂质，其成分合理，强化相分布均匀、体积分数高，在铜合金中引入Cr、Zr元素可以提升铜合金的性能，同时合金中晶粒细小，大部分晶粒尺寸均在纳米级或亚微米级，因此合金的强度高（450-700MPa）、塑性高（ .74.7-75.9%) 、导电率高（65.4- 90.0% IACS）、加工成型性好。本成果还提供了一种工艺流程短、操作简单、生产成本低，适于工业化生产的制备该CuCrZr系铜合金的制备方法。

应用前景 Application Prospect

本成果制备的高强高导铜合金可广泛应用于电工电子、航空航天、高性能计算机、信息工程、汽车工业、轨道交通、核反应堆等领域。随着科技发展，对高强高导铜合金提出了越来越高的性能要求。但以引线框架材料为例，集成电路所有的高强高导铜合金要求材料的抗拉强度为500-600MPa，电导率大于75%IACS，同时还需该材料具有较高的塑性和成型性能。目前，我国的高塑性高强高导电的高端CuCrZr系铜合金产品还依赖进口，严重制约了我国电子信息、航空航天、轨道交通、核反应堆等多个产业的发展。本成果在一定程度上可解决我国在高强高导铜合金技术方面的难题。

该成果制备的高塑性、高强度、高导电性能CuCrZr系铜合金属于高端铜合金，目前国内仅有少数几家企业可以生产，销售加工费较高，具有可观的毛利润。产品具有较高技术门槛，同行竞争压力小，一旦形成规模化量产后，可迅速占领市场。同时成果CuCrZr合金具有制备工艺流程短、操作简单、生产成本低等特点，适于工业化生产。

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图1材料拉伸强度与断后伸长率

39一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金及其制备方法

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本成果提供了一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金及其制备方法。CuFeNb系弹性铜合金的合金成分合理，强化相分布均匀，体积分数高，合金的强度高、塑性高、导电率高。本发明还提供了制备该弹性铜合金的粉末冶金法和熔铸法，通过合理设计合金成分及其含量，使合金中主要包括Fe、Nb、Co、Cr、Ag等主要合金化元素，其中Nb和Fe可以析出Fe2Nb粒子，Fe、Co、Cr、Ag还可以形成纳米级析出相粒子，从而在合金内部析出占据不同体积分数的多元协调强化的强化相，同时微量的Mg、B、P均可以形成溶质原子，起到较好的固溶强化效果。通过合理设置工艺步骤以及优化工艺参数，使合金的形变热处理过程中溶质原子过饱和度增加。同时由于Mg加入形成替换原子，引起晶格较大畸变从而强化合金，并提高了合金的抗应力松弛性能。而Nb、Co、Cr、Ag元素的加入，使合金起主要增强效果的Fe相、Nb相、Fe2Nb相、Co相、Cr相、Ag相的含量增加，从而使合金的强度明显增加。这些制备方法工艺流程短，操作简单，生产成本低，适于工业化生产。制备得到的CuFeNb系弹性铜合金组织结构均匀，具有较高的拉伸强度（620-1250MPa）和电导率（37-80%lACS）。

应用前景 Application Prospect

铜铁合金具有优良的导热性、抗弯折性能，优良的磁性、电磁屏蔽性能，另外还有良好的低热膨胀系数、耐磨性等优异特性。该产品具有巨大的应用前景，如铜铁板带可用于5G手机散热板、屏蔽罩、大尺寸OLED背板材料、大尺寸LED显示屏散热板（在日本已经应用）、电连接器接插件、无线充电线路板、空调冷凝管等；CuFe合金杆、棒、线、丝材可用于电磁屏蔽线、高保真音频线、高速电机用电磁屏蔽电线、高压电缆线、机器人通讯控制线、射频线、编织电磁屏蔽网/带、海水养殖网箱、焊接丝材等；CuFe合金粉末可用于刹车片、吸波屏蔽涂料、3D打印，医用抗菌方面（如糖尿病伤口愈合）等；CuFe合金在三相异步电机、注塑模具、电火花加工、电烙铁头、电工触头等方面也可有广泛应用。

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成果展示AchievementExhibition粉末冶金法制备的CuFeNb系弹性铜合金的金相图

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40高性能锌合金结构材料及其加工制备技术

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本成果为高性能锌合金结构材料的制备及加工技术，克服了锌金属耐腐蚀和抗蠕变性能差的缺陷，研究开发出系列高性能锌合金，包括锡秘锌铝合金、锌铝合金、铝钒合金，同时对合金性能及制作工艺进行了优化改进。

通过调整锌合金成分，采用特殊的非真空熔炼方法对添加钒元素的锌铝合金进行冷、热塑性变形，经液氮深冷的高低温交替热处理后，其室温抗拉强度超过420MPa，断后伸长率达 10% 以上，极大提高抗蠕变性能，达到高韧、高强、易切削等特定性能要求，与未添加钒的锌铝合金相比，室温恒载蠕变速率降低5倍以上，极限蠕变应仅为锌铝合金的三分之一。为提高锌合金抗腐蚀能力，研发出化学镀铜液，与传统镀铜液相比，简化前处理工序，降低工艺对温度条件的要求，同时大大提高镀铜时的沉铜速率，所得产品镀层均匀，镀层与基底结合良好。

应用前景 Application Prospect

研发的高强度、高硬度、耐腐蚀、易切削、抗蠕变等多种系列锌合金，具有生产制造工艺简单、成本较低、价廉易得、易于回收等特点，与铜合金相比，锌合金结构材料成本降低2-3倍；与不锈钢相比，锌合金的加工成本可降低50%以上。作为结构材料可替代部分铜合金应用于五金、装饰、卫浴、机械、电子电气、医疗器件等多个领域。

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成果展示AchievementExhibition变形锌合金部分产品实物图

41高熵合金及其复合涂层制备技术

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本成果是基于系列具有自主知识产权的高熵合金及其复合硬面涂层的制备技术。成果采用激光熔覆、等离子堆焊以及冷/热喷涂等多种先进表面技术方法，制备了典型/新型高熵合金及其复合材料涂层，系统研究了工艺参数、应力状态等对涂层相变机制、界面结构演化、摩擦磨损和腐蚀性能及失效机制的影响；同时通过第一性原理、分子动力学、有限元及热力学分析，研究了复杂界面的结合能预界面结合强度的理论关系，构建了相应的热/力模型，揭示了高温摩擦过程中的涂层相变、应力分布及界面演化规律，阐明了涂层的成分-结构-性能在温变效应下的优化调控机制。

研发的高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗高温氧化、扩散阻挡等多种系列高熵合金及其复合涂层，具有性能优异、寿命长等特点。其中，耐磨系列高熵合金复合涂层硬度可达65HRC，磨损率仅为 3.27{x}10^{-7}mm^{3/N* m}; 抗高温氧化系列涂层在 900°C 条件下仍可有效保护基体；耐腐蚀系列高熵合金涂层酸性条件下腐蚀速率为304L不锈钢的1/25。可替代传统Ni基自熔性金属和Cr金属涂层，应用于石油化工、海洋钻探、航空、核能源等行业。

应用前景 Application Prospect

本成果具有广阔的应用前景，高熵合金及其复合涂层的应用领域几乎覆盖了所有金属材料，能够为金属材料领域带来革新式的发展与巨大的经济效益。现今，轨道交通、航空、航天、能源等工业的高速发展对涂层材料在苛刻环境下的综合性能提出了更高的要求。高熵合金的提出丰富了涂层的设计理念，并在耐磨性、耐蚀性和高温稳定性等方面展现出优异的性能。高熵合金及其复合涂层在海洋环境磨损、酸性介质冲蚀磨损、高温磨损等苛刻工况下的表面防护性能方面也具有广阔的应用前景。

硬面涂层可使机械工件、模具的使用寿命提高几十倍，全球市场规模接近3000亿元人民币。发达国家硬面涂层产值在GDP的占比高达 0.2%_{0} ，而我国仅为 0.08% 。我国传统硬面涂层市场有望达到目前的2-4倍，市场潜力巨大。

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图1采用高速激光熔覆技术制备的高熵合金复合硬面涂层及其特征显微组织

图2高熵合金复合硬面涂层与传统产品的磨损率对比：FeCoCrNi/WC复合硬面涂层的平均显微硬度可达770HV，摩擦系数为0.25，磨损率为 0.2x10^{-6}\mathsf{mm}^{3}/(\mathsf{N}*\mathsf{m}) ：较传统Ni60/WC复合硬面涂层，硬度提高 16% 以上，摩擦系数降低了0.05，磨损率明显减少，仅为其1/4。

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42 高温抗氧化无机涂层材料

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本成果为一系列可用于金属或C/C表面的高温无机陶瓷或金属/陶瓷复合涂层材料。金属陶瓷涂层由金属粉和硅酸盐系或铅酸盐系陶瓷、玻璃构成，将陶瓷玻璃料的各原料混合均匀，然后经过高温熔烧、水淬粉碎后制得陶瓷玻璃料，将玻璃料与金属粉按比例混合并制成水性浆料后涂覆于基底上，干燥固化后再经烧制即可制得高温金属陶瓷涂层，也可直接使用热喷涂设备制备涂层。

本技术涂层组分设计合理，制备工艺简单，操作方便，涂层厚度可控，与基底结合牢固均匀，具有优异的抗高温氧化和耐冲刷性能。本技术制备的涂层材料可耐氧含量在 92% 以上的燃气冲刷，承受800-1300C的高温， 600m/s 气流冲刷，抗热震性能好，在 25°{\mathsf{C}}{-} ^{\prime} 00 0°{\mathsf{C}} 下循环50次，无崩瓷和脱落现象，结合强度大于59MPa，在 900°C 空气中氧化100小时，合金的氧化增重小于0.2mg/cm²，热膨胀系数介于4. 37-5.25x10^{-6} ，采用流涂或喷涂方式，适用于大型复杂型面。

应用前景 Application Prospect

本成果制备的涂层材料，采用的是浸涂 ^+ 刷涂作业方式，适合复杂大型构件内外表面涂层的制备，可在最大程度上保证工艺的稳定性、涂层的均匀性和完整性，可实现大面积无形状限制的工业化生产，并且制备过程没有有毒和刺激性气体产生，有利于环境及施工人员的保护。本涂层材料可用于高温环境下，需要防氧化的部件上，例如发动机部件。

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无机涂层材料

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43石墨烯及其功能复合材料制备技术

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本成果为石墨烯材料的一系列制备方法，包括化学氧化还原法、电化学剥离法、表面活性剂辅助球磨法以及功能复合材料制备技术。以石墨碳为原料，通过不同阶段分批加入高锰酸钾和浓硫酸控制石墨的氧化过程，调节溶液pH值获得系列浓度的氧化石墨烯胶体分散液（GOS)，将GOS高速离心，干燥处理后得到氧化石墨烯固体粉末（GOP），根据所需石墨烯的性能，选取合适制备方法进行石墨烯制备。本成果制备的各种石墨烯材料易于实现相互转化，胶体溶液的浓度和薄膜的厚度在一定范围内可控。本成果以基础理论为支撑，改进和优化了传统石墨烯制备方法中不合理或缺乏先进性的手段和步骤。

针对不同应用场景实施不同的材料制备策略，以获得所需结构（表面官能团组成、层数厚度和大小尺寸）的石墨烯片、粉和分散液等基础材料。通过对石墨烯进行针对性改性，增强其与客体材料（金属氧化物、硫化物、高分子聚合物等）的相互作用（物理和化学结合），获得结构稳定的各类石墨烯基复合功能材料。

应用前景 Application Prospect

石墨烯具有十分优异的电学、热学和力学性能，因此具有较广的应用范围和良好的应用前景，本成果可应用在高性能电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器、通信技术和成像技术等领域，效益潜力巨大。

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图1电化学双极高效剥离制备石墨烯

图2表面活性剂辅助球磨制备高纯石墨烯

图3石墨烯/高分子聚合物复合材料用于超级电容器<br>图5石墨烯/金属（氢）氧化物纳米片组装复合物储能应用

图4石墨烯复合三元材料用于锂离子电池正极<br>图6石墨烯水凝胶材料用于海水淡化除盐

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44柔性压电纤维复合材料器件

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本成果是一种用柔性压电纤维复合材料制备的器件，通过将压电陶瓷做成纤维，与环氧树脂复合制备成压电纤维复合物，并用带叉指状电极的聚酰亚胺膜进行封装得到压电纤维复合材料器件。克服了压电陶瓷刚性、脆性大的缺陷，同时保持了良好的压电特性，更兼具柔性和轻薄性，具有大变形能力，适宜粘贴到包括曲面在内的多种工作表面，极大地拓展了压电陶瓷材料与器件的应用范围。

在结构上，可以实现大尺寸及尺寸可调的薄片化制备、大变形能力（弯曲半径 _{\le2.5\mathsf{cm}} 广，与曲面等结构实现共形。在功能上，柔性压电纤维复合材料具备优秀的压电性能，兼具传感和驱动能力；作为驱动器时单位面积驱动力可达12N/cm2；作为传感器时响应速度≤40ms、灵敏度可±0.01 mV/\upmu\upvarepsilon. 、循环寿命≥109次，能够对压力、加速度、应变等多个物理量作出响应。柔性压电纤维复合材料及其应用技术获得了2020年度湖南省技术发明一等奖。

应用前景 Application Prospect

成果可实现传感和驱动的一体化，实现振动控制、结构健康监测、能量采集等功能；而且器件具有良好的柔性，适用于复杂结构，可以进行传感驱动系统的集成制造、分布式的系统设计；可以适应恶劣的服役环境，进行长距离、空间分布广、长时间的传感、驱动应用。不仅在结构振动控制等领域的高端装备上，而且在轨道交通、机器人、医疗器械、风力发电领域等新一代智能结构上面均有广阔的应用前景。

在航天领域，前期已将制备的压电纤维复合材料在北京空间飞行器总体设计部航天器大型可展开结构上应用，并搭建一套智能控制系统，形成智能臂结构，能够实现高精度形态保持以及快速抑制振动的效果。与控制前相比，结构阻尼比增大10倍，振动抑制时间减小 80% 。推广到民用领域，每年仅国内的市场需求就超过10亿元。

社会效益方面，将显著改善状态监测与故障诊断方法，可在不改变原零件/结构服役性能的基础上进行在线状态监测，特别对于精密制造设备、航空航天装备的长期安全运行具有重大意义。经济效益方面，在工业自动化领域，压电纤维复合材料可在压电贾卡上应用，对纬编机织针进行实时结构健康监测，实现智能化与自动化检测，年纺织效率提高了 15% 。单台纬编机所需的压电纤维复合材料可达1000片以上，产品上市后，每年的需求量可达10万片以上。目前中南大学压电纤维复合材料中试产线预计年销售量将达到5000万元。以此为例，基于该压电纤维复合材料开发的结构健康监测技术，在新一代智能结构及结构健康监测方面有良好的应用前景，能够产生重大的经济效益。

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柔性压电纤维复合材料器件实物图

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45国产化高性能薄膜电容器

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本成果是一款国产化的高性能薄膜电容器，其关键核心技术包括高储能密度薄膜电容器技术、耐高温薄膜电容器技术、改性剂宏量和低成本制备技术。项目团队围绕电容器能量密度低和复合电介质材料介电常数与抗击穿电场的倒置关系等瓶颈问题开展研究，独创将具有丰富官能团的功能化量子点引入到电介质电容器聚合物膜中从而达到提升能量密度的效果。功能化量子点的引入解决了复合材料中填料的分散性和相容性问题，并结合量子点的库伦阻塞效应，抑制内部载流子运动，提高材料的抗击穿强度。同时，项目团队采用单轴拉伸法处理PP复合材料，系统研究不同拉伸条件下PP复合材料的相变和取向形貌等微观组织演变规律，建立拉伸工艺、微结构调控、电性能之间的构效关系，最终实现了介电材料介电常数和击穿电场值的协同提高，大幅提升电容器的储能密度和效率，推动我国介电材料在高端领域的应用。

本成果制备的薄膜电容器可实现储能密度由PP薄膜的1.44J/cm3提升至6.68J/cm3，为目前商业化产品BOPP（双向拉伸聚丙烯）薄膜（1\~2J/cm3）的3.3-6.6倍，极大提高电介质薄膜材料的能量密度，并保存高的储能效率，可以满足智慧能源背景下新能源电车、光伏与风电系统用电容器件的小型/超薄化、大容量化、固体化发展要求。

应用前景 Application Prospect

我国是电介质材料的主要生产国和消费国，但是受PP原料、加工工艺等因素的限制，电容器关键指标储能密度远低于西方发达国家3-5J/cm3水平。目前高端领域的关键电子元器件用的电容器几乎全部依赖进口，每年进口额高达数百亿美元。全球电容器市场空间预计超220亿美元，年均复合增长率超 5% 。电容器作为最主要的被动元件，在被动元件市场占据约三分之二的份额，受行业整体带动，规模不断增长。根据中国电子元件行业协会的数据，2019年中国电容器市场规模为1102亿元，约占全球市场的 71% ，蝉联全球最大电容器市场。

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46 废旧三元多晶材料重构技术

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本成果为一种废旧三元多晶材料重构三元单晶材料的工艺方法，可用于锂离子动力电池关键材料的回收与再生，实现固废资源的再生利用。项目团队通过将废旧三元多晶材料与有机混合溶剂混合制成浆料，超声处理后去除部分溶剂，获得废旧三元多晶材料泥浆，然后将废旧三元多晶材料泥浆置于滚筒混料机中进行混料，将锰酸锂晶种浆料雾化并喷雾至滚筒混料机，获得待修复材料，将待修复材料在空气气氛下进行多段式焙烧即可获得三元单晶材料。利用本成果提出的重构方法制备的三元单晶材料，其压实密度大于等于3.90g/cm3，1C下循环100次的放电比容量均大于141.0mAh/g，容量保持率均大于 94.0%

应用前景 Application Prospect

该重构方法工艺简单、流程短、经济附加值高，可实现废旧三元材料的高值转化，且获得的单晶材料电学性能良好，具有较高的压实密度和循环稳定性，较强的经济实用价值，可实现固废资源化利用，市场前景好。

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废旧三元多晶材料SEM图

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47 钠离子电池制备技术

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本成果为一种新型钠离子电池的制备技术。从关键正负极材料入手，通过晶体结构调控、材料制备方法创新以及体系工艺优化三方面显著提升了钠离子全电池的能量密度与循环寿命，开发出两种高性能聚阴离子型正极材料，一种高性能硬碳负极材料。现已掌握高性能正负极储钠关键材料的制备与大规模量产技术、正负极补钠技术，优化了钠离子电池电解液配方，优化了钠离子全电池软包组装工艺，制备的钠离子软包电池具有高能量密度（240Wh/kg，基于正负极活性材料质量）、长循环寿命（ >\uparrow000 次，1C， 100% SOC）和高倍率性能（20C）等优点。

钠资源含量丰富，分布广泛。采用廉价的正、负极材料和低成本辅材，大大降低钠离子电池的生产成本，且钠离子电池绿色环保可持续使用，不含有毒重金属，正负极都采用铝箔，电池的结构和组分更简单，也更易于回收再利用。钠离子电池可实现与锂离子电池相当的长循环寿命（>2000次），且明显高于铅酸电池（约500次）。

应用前景 Application Prospect

相对于目前较为环保的锂离子电池，钠离子电池作为一种更具竞争力的新型电池，成本更低、性能优异、绿色环保，正处于应用初期。有望取代铅酸电池、镍氢等电池在规模储能、低速电动车、电动自行车、车用启动电源等细分领域的应用。

经济效益：项目将推动钠离子电池的商业化进程，在与钠离子电池相关的产业链产生巨大的经济效益。项目实施后，在化学储能系统产业链将形成一系列具有自主知识产权的产品和装备，有力推动我国经济的持续发展。钠离子电池作为新能源配套储能系统的的实施有望解决可再生新能源的间歇性、波动性对电力系统运行的影响，解“弃光、弃风”难题，提高我国能源格局中新能源的利用率，提升新能源消纳及参与电力市场的经济效益的能力，促进新能源行业的发展。

社会效益：创造大量就业机会。该项目的顺利实施，在短期内，参与各单位形成的产业规模可增加就业数千人。长期来看，钠离子电池上下游产业链可增加就业机会数百万。实现技术突破，提高国际竞争力。本项目的顺利实施将有效促进我国在储能和新能源开发应用领域的重大技术突破，培育一系列具有国际竞争力的新能源发电及储能产业。环境效益。该项目将有效推动钠离子电池在储能等领域的应用，为新能源的配套储能提供一条可行方案，从而有望提升新能源利用和减少化石能源利用将产生极大的节能减排效益，大幅降低温室气体排放，缓解化石能源使用带来的雾霾等环境问题。政策效益。积极响应并践行习总书记提出的“碳达峰，碳中和”目标，对于提升企业与政府形象具有良好的正面效益。

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48铝合金燃料电池

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本成果为一款新型高能量铝金属燃料电池。铝空气电池一般由铝金属阳极、空气阴极和碱性电解质三部分组成，本款铝电池通过研发新型阴极催化剂材料，合金化铝阳极，改良电解液体系以及对全电池进行结构设计开发出了一款高能量密度的铝空气电池，能量密度在500Wh/kg以上。

本款铝空气电池以纯度 _{299.9} %的铝（CP级）为原料，添加稀土元素制备稀土铝合金电极材料，通过外加磁场凝固处理，得到的稀土铝合金电极材料，能抑制析氢腐蚀，提高阳极利用率，增加工作电位；使用钠钾盐和碱溶液组成的碱性电解液，可通过抑制水分子活性、增大析氢反应的活化能，有效抑制阳极自腐蚀，使电池的自放电大大减少，加入高浓盐碱性电解液后，缓蚀效率最高可达93.55% ，比容量高达2412mAh/g，能量密度可达426Wh/kg以上。同时向电解液中添加复合缓蚀剂，能有效抑制析氢，减少电池自放电，缓蚀效率可达94.14%。相同条件下此电解液是未加添加剂的电解液电池寿命的5倍以上。

应用前景 Application Prospect

本款铝空气电池具有比能量密度高、安全性能好、绿色循环、可实现持续发展等优势。铝空气电池由于能量密度高，同时可快速机械换电，在电动汽车具有良好的应用前景。同时，以金属铝燃料作为能源载体，可以利用多余的弃风弃光能源还原铝，实现大规模电力储能，从而能代替石油。本成果所制备产品还可作为移动电源和应急电源应用在野外用电、救灾应急和武器装备的野战应用等方面，在实际应用中便于携带且可以通过更换铝燃料的方式进行机械充电，可以满足野外工作以及救灾过程中的紧急用电。产品规模化生产后可作为储能电源应用在新能源发电站，利用低谷电和水能、风能产生的电能等电解铝以铝金属储能。另外，铝空气电池的应用还能缓解我国的铝产能过剩的问题，具有重要的社会意义。

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图1铝-空气电池液流装置示意图

图2 \mathsf{C u}_{2}\mathsf{O}/\mathsf{N} -C氧还原催化剂形貌（左）与催化曲线图 (右)

图3磁场凝固的铝合金的 金相图（左）与未磁 场凝固的铝合金的金 相图 (右)

图4不同浓度高浓盐碱性电解液组装的铝空气电池的放电曲线

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49 磷酸铁锂/碳纳米管复合正极材料制备

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本成果为一种磷酸铁锂/碳纳米管复合正极材料的制备方法，相对于传统方法，本成果利用铁基催化剂诱导原位生长分散性良好的碳纳米管，然后加入粘结剂，制成复合阳极板经电解、过滤、洗涤、干燥、烧后得到前驱体/碳纳米管复合材料；与锂盐混合后在保护性气氛中烧结得到磷酸铁锂/碳纳米管复合正极材料。

本成果利用电解法使催化剂溶解进入溶液中，和磷酸根生成了磷酸铁沉淀，碳纳米管为沉淀提供了大量的形核位点，有利于磷酸铁沉淀粒径的减小。材料中磷酸铁锂粒径较小，碳纳米管形成了导电网络，提升了材料的电化学性能，为磷酸铁锂正极材料的制备提供了新的方法。

应用前景 Application Prospect

本成果制备的磷酸铁锂/碳纳米管复合正极材料，充分利用了碳管制备过程中的铁基催化剂，省去了酸洗除杂程序，显著降低的磷酸铁锂/CNTs的综合成本。同时，材料结构稳定性和热稳定性好，电导率高，粒径较小，分布均匀，有效改善了磷酸铁锂材料的循环性能和倍率性能，有助于进一步推动磷酸铁锂材料的产业化应用。

本成果拟作价6000万元，占股 15% ，成立科技公司，分三期建成年产100万吨磷酸铁锂生产线，首期年产10万吨产品将于2022年6月投产，预计产值100亿元，三期达产后产值有望突破1000亿元。同时，提供中南大学1000万元科研经费，用于开发与本项目配套的相关技术。相较于传统技术，制造过程产生的待处理废水降低 95% ，生产成本降低 15{-}20% ，显著提升了制造工艺的技术经济指标。成果面向储能与动力锂离子电池材料领域，实施低成本磷酸铁锂正极材料的产业化，推动当地产业升级转型，新增就业岗位1000余个，吸引新能源产业链上下游企业投资建厂，形成完整产业链条。

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50锂硼合金负极材料

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本成果是一种锂硼合金负极的宏量可控制备技术，通过研究锂硼合金的合成反应机制以及三维自支撑硼化锂骨架抑制锂枝晶生长和体积变化的作用机理而研制出的锂硼合金负极材料。一方面，通过改变向锂硼合金中掺入合金元素的种类和百分比含量，在不改变锂硼合金中LiB骨架的结构和组成的同时，合金相均匀分布在LiB骨架上，提高了LiB骨架的结构稳定性，从而减小了锂硼合金的体积变化。另一方面，当合金元素与锂形成第二锂合金相时，提高了锂硼合金的亲锂性，起到了诱导锂均匀生长和抑制枝晶生长的作用，显著提升锂硼合金的电化学性能。

本成果制备的锂金属电池具有高达600Wh/Kg的能量密度，达到世界先进水平，实现了高性能锂硼合金负极在热电池、锂硫电池和锂固态电池中的高效应用；产品现已成功应用于无人机电源，并获得国家级重点项目支持。

应用前景 Application Prospect

研发的高比容锂硼合金系列负极材料，具有可规模化生产、制造工艺流程简单、成本较低等优点，其循环寿命和倍率性能（相比纯锂负极）大幅提升，所研制电池产品的电化学性能达到国际先进水平，可广泛应用于热电池、高比能锂硫电池和锂固态电池，可助推我国高比能锂金属电池产业的发展。

目前锂硫电池和锂固态电池的发展迅速，预计2025年实现大规模应用。据SNEResearch预测，2025年全球固态锂电池的出货量达到44.2GWh，市场规模达530亿元。按照1Wh需要0.2元的锂负极来计算，锂负极的市场空间为88亿元。本成果锂硼合金负极具有循环性能好、安全性能好的优势，可占据高端锂负极的市场。2025年，按照2%市场占有率来计算，可实现1.7亿的销售收入，利润可达3000万元以上。

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图1锂硼合金中试生产线

图2锂硼合金带

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51 钙钛矿太阳电池技术

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目前主流的钙钛矿太阳电池的制备往往都是通过旋涂法制备，这种方式会对原材料造成极大浪费；同时空气中水、氧含量对薄膜影响比较严重，很难将旋涂方法直接转化，并于空气中大规模制备高质量的钙钛矿薄膜。本成果提供了一种环境条件下印刷制备高效平面异质结钙钛矿太阳电池的方法，钙钛矿太阳电池包括透明导电基底、电子传输层、钙钛矿材料光吸收层、空穴传输层以及电极五部分。本成果涉及的制备方法是在空气环境氛围中使用基底辅助加热的方式，两步连续刮涂制备钙钛矿薄膜，从而得到连续、致密的钙钛矿材料光吸收层。本成果涉及的印刷方法具有工艺过程简单、产品能量转换效率高等优点。与传统制备方法制备的钙钛矿太阳电池相比，本成果涉及的方法制备的钙钛矿太阳电池具有高平整的钙钛矿薄膜，具有更高短路电流，更高的填充因子，从而具有更高的光电转化效率，光电转换效率提高了35%以上。

应用前景 Application Prospect

本成果所涉及的印刷方法具有工艺过程简单、产品能量转换效率高等优点，可广泛应用于钙钛矿太阳电池的制备过程中，市场前景广泛。

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52全固态锂动力电池

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本成果为一款全固态锂动力电池，关键核心技术包括独有固态电解质技术体系，实现正极材料和电解质为面接触；独有镀膜技术，使正/负极和固态电解质呈现纳米级尺度，大幅增加固相界面电极材料和固态电解质的接触面积。

目前市场上没有真正意义上的固态电池，大多是将固态电解质（氧化铝或者其他材料）粘到电池隔膜上，电池质量加重，虽然可能减少电解液用量，但可燃性依然存在，而且成本增加。没有真正去除液态电解质和隔膜。此外，凝胶聚合物电解质，凝胶（果冻）铅酸电池里会加二氧化硅，运用到锂电池，安全（可燃）性有进步，但导电性下降较大。

本成果全固态锂动力电池完全没有使用液态电解质，没有隔膜，是 100% 纯固态电池，运用了独创多层纳米涂层技术，使全固态电池具有接触电阻低、稳定性好、接触面积大的特点，电性能远远高于现有全固态电池的性能指标。

应用前景 Application Prospect

本成果可应用于液态锂离子电池、固体锂离子电池、钠离子电池、铅酸电池的所有领域，比如电动汽车、电动工具、铁塔基站、储能、电动自行车等等领域，发展成熟后对动力电池、储能行业冲击力巨大，具有较大的应用市场。

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全固态锂动力电池 (左）和界面形貌 (右)

53一种锂硫电池的制备方法

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本成果为一种锂硫电池的制备方法，包括层级多孔极片、锂阳极颗粒、锂阳极活性材料以及复合溶液和电解液等电池材料的制备。首先提供了一种添加有共溶剂A的锂硫电池用复合溶剂，其具有较高的沸、闪点，因此，具有更好的稳定性、安全性，且对负极的润湿相容性好，同时有助于缓解多硫化合物穿梭，改善锂硫电池性能；提供了一种添加复合溶剂的电解液，其活性的共溶剂A可抑制了多硫离子的溶解穿梭，从而提升了电池的容量与循环稳定性；本成果利用分级涂布和造孔剂的添加，对极片的孔结构进行分级调控，既提高了极片的吸液量，同时保证了活性物质的最大化，可以在提高极片电化学性能的基础上保证电池的能量密度。

应用前景 Application Prospect

本成果制备多孔极片的方法可重复度高，可控性强，工艺简单，可大规模生产。该极片与锂片组装成扣式电池，证明该材料表现出优良的电化学性能，能有效降低电极极化，提高电池的能量密度和循环稳定性。电解液可以实现均匀的锂沉积，有效避免充放电过程中的锂枝晶，极大的改善了其循环性能安全性能。制备的电解液可以作为锂硫电池、锂空电池等以金属锂为负极的储能器件中，实现其长循环的稳定性。

《中国锂离子电池行业发展白皮书（2021年）》数据显示，2020年，全球锂离子电池出货量达到294.5GWh，中国市场为158.5GWh，市场规模已突破2000亿元。本成果所开发的锂/硫电池能量密度可达400Wh/kg，较现有锂离子电池提高1.5-2倍，有望应用于无人机、航空航天器件等特种场合，预计产生经济效益数十亿元。其成功应用将有利于完善我国在下一代高能量密度锂二次电池技术方面的战略布局，显著提升我国未来在高能量密度电池的核心竞争力，在此基础上促进动力电池产业升级，为最终确立我国在下一代电池技术上的优势地位奠定基础。因此，本项目具有十分重要的科学、技术、社会、经济和生态方面的意义。

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成果展示 Achievement Exhibition 锂硫电池的制备

54氢能及金属空气电池材料

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本成果主要是一种氢能及金属空气电池材料的制备，针对工业碱性电解槽催化氢析需较高过电势来加速H\*中间体生成的问题，本成果构建了一种皮芯结构的电催化剂，其内部为硒掺杂的磷化钴，外部为氮掺杂的碳，硒掺杂促进了电子从内部磷化物到外部碳层的转移，加快了析氢决速步骤，实现了碱性电解液中突出的HER性能。同时，构筑的外部碳层可起到保护作用，有利于催化在大电流密度下的稳定性。本成果还对具有优异耐久性、高活性的OER电催化剂展开了研究，构造了镍铁层状双氢氧化物修饰的磷化物，揭示了催化剂的重构现象，生成的羟基氧化物充当OER的活性组分。镍铁层状双氢氧化物修饰的磷化物作为水分解的阴极和阳极，在100mAcm-2的高电流密度下稳定工作超过275小时。

应用前景 Application Prospect

本成果实现了多功能催化材料不同活性成分间的偶合，为设计多功能电催化剂提供了参考。燃料电池、金属空气电池、金属硫电池和金属离子电池等是下一代电化学能量存储（或转换）装置的最佳选择，涉及到氧还原、硫转换等电极反应，催化剂材料能提高反应速率和输出性能，在未来具有巨大的应用前景。

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成果展示AchievementExhibition图1单原子催化剂在电化学中的应用

图2皮芯结构催化剂的HER活性与稳定性

55全固废新型建筑材料

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日益增加的工业废渣已成为社会公害，由工业固体废渣引起的环境污染和社会问题正受到世界各国的高度关注，废渣的合理利用成为国民经济和社会发展中迫切需要解决的重大问题。

本成果以尾矿（黑色金属尾矿、有色金属尾矿、稀贵金属尾矿和非金属尾矿）、燃料废渣（粉煤灰、煤研石、石油焦等）、冶炼废渣（钢铁冶金渣和有色金属冶金渣）、建筑垃圾、水处理污泥及工业粉尘等工业固体废渣为主要原料，针对各类工业固体废渣的化学组成与物相特点，基于废渣化学组成协同-互补-相克原理，实现工业废渣的最佳组合、最大化利用和高附加值利用，提供全固废或以工业废渣为主要组成的新型建筑材料的产业化技术与方案。

具体包括建筑物节能保温用泡沫陶瓷、海绵城市建设用透水陶瓷和裸露路面覆盖用陶瓷砖的制备技术。其中，硅砂尾矿-粉煤灰-红泥体系泡沫陶瓷的固废含量为100wt%，体积密度0.37-0.61g/cm3，气孔率78.3-88.5%，抗压强度2.9-8.1MPa，抗弯强度1.4-4.3MPa。硅砂-煤研石-钢渣体系透水陶瓷的固废含量为100wt%，透水系数 4.68x70^{-2}cm/s ，抗压强度72.3MPa，抗弯强度13.3MPa。煤研石-粉煤灰-脱硫石膏体系陶瓷砖的固废含量为100wt%，体积密度1.96-2.01g/cm3，最高抗压强度达到346.5MPa。以上三种制品均具有优良的化学稳定性，无二次污染。

应用前景 Application Prospect

本技术成果涉及固废利用、环境保护、建筑节能、海绵城市建设、文明城市建设等多个重点领域。拟制备的泡沫陶瓷、透水陶瓷和陶瓷砖具有理化性能优良、成本低廉、废渣利用率高、无需矿产资源及无二次污染等优势，市场容量大，应用前景广阔，社会经济效益显著。

建立年产陶瓷砖5万立方米生产线，废渣年消耗量约12万吨。保守估算年产值约6000万元，年利税约3000万元。

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成果展示 Achievement Exhibition 图1泡沫陶瓷 知识产权 Intellectual Property Right

56建筑外墙隔热涂料

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本成果为一种用于建筑外墙的反射型水性隔热涂料，其成分主要包括水包油型丙烯酸类乳液、反射功能填料和其它涂料助剂。所用的反射功能填料为具有核壳结构的空心玻璃微珠/二氧化钛复合材料，在空心玻璃微珠核上包覆厚度0.3-0.7um的二氧化钛壳，对太阳光反射率高，导热系数小，隔热效果优异。

通过对空心玻璃微珠表面的清洗除杂及碱活化工艺后，可增大玻璃微珠表面的粗糙度，减少空心微珠表面与二氧化钛溶胶的静电排斥力，增大空心玻璃微珠比表面积的同时为二氧化钛的包覆提供有利条件，显著提高二氧化钛的包覆量，形成致密均一的金红石型二氧化钛包覆层，提高空心玻璃微珠/二氧化钛薄膜反射隔热填料对太阳光的反射率。

应用前景 Application Prospect

随着全球工业过程的快速发展和能源短缺的加剧，提高资源和能源的利用率已日益引起人类社会的极大关注。根据统计，全球大约40%的能源消耗归因于建筑能源消耗，与建筑相关的碳排放占总排放量的30%以上。通过对建筑物以及其他工业和民用设施进行隔热保温，有助于降低建筑物和其他工业民用设施的能源消耗，达到节约能源和资源的目的。建筑反射隔热保温涂料是一种新型功能性涂料，针对现有建筑外墙隔热保温性能差的问题，研究开发了一种反射型建筑外墙保温防护涂料，涂料对太阳光的反射率高，热传导系数低，具有装饰和防晒节能的双重功能，为建筑物穿上一层防护铠甲。该产品具有超强反射太阳辐射热量的作用，将太阳辐射的热量大部分隔绝，避免建筑内升温发热，在夏天可使建筑物内的温度比常规外墙隔热涂料降温3-5°C ，节能20-40%（每降低一度，节能约 8% ），可极大降低空调能耗，对减少建筑物能源的消耗。

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5G基站和住宅外墙隔热保温 知识产权 Intellectual Property Right

57基于环境视觉融合的无人驾驶电量计算和预警系统

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目前，国内外鲜有对无人驾驶车辆，在动态冰雪天气下的剩余电量做出精确预测的技术。目前的通用技术手段是根据目标里程、电池电量和行驶速度做出简单的数学计算，得出当前实时的剩余车载电量能够持续的运行里程，然后引导无人驾驶车辆在电源耗尽前充电；并且对于道路积雪深度检测，仅仅停留在积雪道路沿线固定式测量装置上，并没有关于车载式积雪深度测量方法的技术方案。然而，在实际情况中，车辆车载电源的使用与道路路况（如上下坡)、车辆行驶环境（如风雨雪天气）都息息相关，而且它们之间的物理参数是非线性的，无法通过简单的数学计算得到。

本成果克服了在外界环境干扰情况下，现有无人驾驶车辆剩余电量预测方法存在适应性差、实行性差、实用性不强等技术难题；尤其是在冰雪环境中，成果可将采集到的有效积雪深度、道路坡度、电池温度等多种参数融合到无人驾驶车辆电池电量综合预测模型中，从而实现无人驾驶车辆剩余电池电量的高精度预测。

应用前景 Application Prospect

本成果实现了积雪道路等复杂环境下，无人驾驶车辆的电池电量智能化综合计算，将道路有效积雪深度的实时检测与无人驾驶车辆的电池电量计算和预警有机结合，为无人驾驶车辆电池设计研发领域提供了更加完备的考虑因素；在无人驾驶车辆电池设计、研发领域具有广阔的应用前景。

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INDUSTRIALIZATION PROJECT产业化项目

58.高性能耐磨铣刨刀头制备及其应用 89
59.高性能耐磨截齿制备技术及其应用 91
60.超高强航空铝合金淬火敏感性机理 93
61.航天连接件用7A75铝合金 94
62.新型耐热铝合金2A43设计、制备加工与应用研究 95
63.高硅铝合金制备及应用 97
64.高强铝合金锻件制备 98
65.轻合金特种热处理炉 99
66.轻合金的电磁脉冲成形技术及装备 100
67.大型构件蠕变时效形性一体化制造关键技术及应用 102
68.Al-Mg合金焊丝的制备 104
69.高性能镁-稀土合金铸件 105
70.高性能变形镁合金制备技术 106
71.高速重载制动系统用摩擦材料制备技术 107
72.高气密耐热弥散强化无氧铜制备技术 108
73.铝合金节能输电导线及多场景应用 109
74.高性能铜合金精密部件制备 110
75.高性能钨基复合材料及其应用 112
76.高性能低成本碳基材料产业链 113
77.碳纤维复合材料的制备技术及其应用 114
78.高比能富锂锰基正极材料制备技术 115
79.钠离子电池类固态电解质制备 117
80.土压平衡盾构废弃渣土资源化利用技术 119
81.全装配式混凝土复合墙板住宅建筑 120
82.气凝晶保温材料与相关建材及其制备技术 122
83.高稳定强粘结自密实混凝土及粘度改性材料 124
84.喷射沉积高硅铝合金电子封装材料研制与应用 125
85.高速信息传输器件封装的关键技术与装备 127
86.一体化高温SOI压力传感器 129
87.天车防摆智能控制系统 131
88.智能公交车自主导航控制技术 132
89.视频编码优化技术 133

58高性能耐磨铣刨刀头制备及其应用

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本成果是一款具备卓越性能的铣刨刀头，专为应对高磨损工况而设计。它选用高品质的大颗粒碳化钨合金作为核心材料，这种碳化钨合金拥有极高的硬度和稳定性，能够在极端条件下保持结构完整性。通过创新工艺，使用软性的钴金属将碳化钨颗粒紧密连结，形成了一个坚固而又韧性十足的整体结构。

这种独特的材料组合赋予铣刨刀头超高的耐磨性能，相比传统产品，耐磨性提升30%以上，大幅延长了使用寿命。同时，得益于钴金属的缓冲作用，刀头具备优异的抗折性，有效降低了因冲击而导致的断裂风险，提高了作业的稳定性和可靠性。

不仅如此，该铣刨刀头的切削能力也得到了显著增强，在保证高效作业的同时，提高了加工精度和表面质量。从经济角度来看，由于其长寿命和高性能，减少了更换刀具的频率和停机时间，降低了总体使用成本，具有显著的经济实用性，为各类铣刨作业提供了更具性价比的解决方案。

应用前景 Application Prospect

我司制备的超高耐磨铣刨刀头，与传统方法加工出的铣刨刀头相比，其特点与优点在于： \circled{1} 硬度达到1400HV以上，使其在高温、高冲击的情况下也拥有非常好的耐磨性能； \circled{2} 经同行业竞品水稳施工对比实验，我司铣刨刀头水稳施工工况使用寿命相比国产头部产品提高 30% ，遥遥领先于同行； \circled{3} 我司铣刨刀头铣刨效果、抗折性、平滑性远超同行，且成本仅增加 3%

经小批量产工地验证，我司生产出来的铣刨刀头可靠性高，在硬度、抗冲击性等方面的一致性高达9 19.8%

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成果展示AchievementExhibition图1铣刨刀头外观图图2我司与中南大学的技术开发合同

图3铣刨刀头的应用实例

三一2米铣刨机

天顺长城铣刨机

三一1米铣刨机

59高性能耐磨截齿制备技术及其应用

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本成果聚焦于截齿性能的全方位优化，依托前沿的等离子熔覆强化技术，实现了关键技术突破。在截齿头部，精准熔覆上一层高硬度金属陶瓷层。这一金属陶瓷层具备极为出色的耐磨性与耐腐蚀性，能有效抵御截齿在高强度作业中面临的各类复杂磨损状况，显著延长截齿的使用寿命。

与此同时，研发团队深入研究截齿在实际使用过程中的断裂部位及弯曲变形情况，通过大量的实验与数据分析，成功研发出独树一帜的热处理工艺等技术。借助这一系列创新技术，齿体的整体抗弯能力得到质的飞跃，能够承受更大的外力而不发生弯折；齿柄的表面强度也大幅提升，有效减少了因摩擦、冲击导致的磨损与损坏。

凭借这些创新成果，本产品已成功斩获7项实用新型专利以及2项授权发明专利。目前，公司经营的主要截齿产品包含隧道掘进齿，能在复杂地质条件下高效作业，助力隧道工程顺利推进；矿山巷道掘进齿，满足矿山开采中对巷道挖掘的严苛要求；煤矿采煤截齿，为煤炭开采作业提供强劲的切割动力；还有铁路、公路、机场等基础设施建设中使用的旋挖齿等各类掘进零配件产品，为基础设施建设提供坚实的配件支持，满足不同领域、不同工况下的掘进作业需求。

应用前景 Application Prospect

现存的截齿存在诸多问题。像普通截齿在使用过程中，特别是割岩石过程中会产生大量的火花，给煤矿生产带来了极大的安全隐患，并且普通截齿极易出现合金头脱落或者是齿体抗弯性能差，在受强力作用下弯由或折断的情况。我司制备的高性能掘进机截齿，与传统方法加工出的掘进机截齿相比，其特点与优点在于： \circled{1} 我司掘进截齿等离子熔覆了一层高硬度的金属陶瓷层，在使用过程中该陶瓷层能减少 90% 的大花，极大的提高了炭开采的安全性，并且使截齿的耐磨性能显著提高； ② 经过数百次实地测试，我司截齿产品切割效率和使命寿命显著高于普通截齿 30% 以上； \circled{3} 我们与中南大学粉末冶金研究院、地球物理信息学院联合研究的“截齿-岩石耦合数值模拟系统”，能够根据客户岩石样本数据，精准预测耗齿量，为客户项目成本测算提供数据支撑，预测准确率达到90%以上。

目前，公司产品遍布国内各地，已经与众多煤业和工程机械央企、国企建立了长期合作关系。我司截齿也已经出口欧美、南美、东南亚及非洲等国家，为众多国际客户所青睐。

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成果展示 Achievement Exhibition 图1旋挖截齿 图2掘进截齿

图3截齿应用实例

知识产权 Intellectual Property Right

60 超高强航空铝合金淬火敏感性机理

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本成果研究了超高强航空铝合金的淬火机理，针对7XXX系铝合金存在较高的淬火敏感性、厚截面材料性能不均匀及整体性能下降等问题，研究并探明了合金元素和制备工艺对7XX×系铝合金淬火敏感性的影响机理，突破了7050、7150等铝合金材料原有厚度极限（80mm级），解决了7050等合金 150\mathsf{mm} 厚度级超厚板材料淬透性差的难题，实现了高性能7050等厚截面材料的批量化生产。本成果发现低温长时预时效能够降低7XXX系高强铝合金淬火敏感性效应，进而改善厚截面7XX×系高强铝合金材料微结构和性能均匀性，揭示了快冷和慢冷合金自然时效析出序列及其演变机理。本成果探明了主合金元素含量、Zn/Mg比值、微合金化元素和杂质元素对7XXX系铝合金淬火敏感性的影响规律及影响机理，首次建立了7055和1933两种铝合金的TTP曲线；同时揭示了制备工艺中均热制度、塑性变形和固溶处理对7XXX系铝合金淬火敏感性的影响规律和影响机理，阐明了冷却速率和过时效综合作用对7XXX系铝合金剥落腐蚀性能的影响机理，发现低温长时预时效能够降低7XXX系高强铝合金淬火敏感性效应，进而改善厚截面7XXX系高强铝合金材料微结构和性能均匀性，成功研究出快冷和慢冷合金自然时效析出序列及其演变机理。

应用前景 Application Prospect

本成果针对我国重大工程对大型高性能整体结构件需求迫切，急需大量高性能7XXX系铝合金厚截面材料等问题，系统研究并探明了主合金元素含量、Zn/Mg比值、微合金化元素和杂质元素对7XXX系铝合金淬火敏感性的影响规律及影响机理，发现并提出利用低温长时预时效来改善厚截面7XX×系铝合金材料微结构和性能均匀性的技术新途径，解决了7050等合金超厚板材料淬透性差的难题，实现了高性能7050等厚截面材料的批量化生产，支撑了我国大飞机工程的发展。未来在航空航天、交通运输等领域有重大应用前景。

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61 航天连接件用7A75铝合金

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本成果为新型7A75铝合金，是在7075合金的基础上，针对航天苛刻应用环境开发的新型高强无磁铝合金材料，具有完全自主知识产权。通过精密调节控制成分，完善组成相加工工艺，从而获得优化的组织结构。

本成果可用于卫星埋置连接件、舱段接头，使传统的连接件失效问题得到根本解决，同时简化了工艺，提高加工效率 50% ，降低了成本，实现结构减重 5%{-}10% ，推进了航天器结构的优化设计，提高了安全裕度和可靠性。

应用前景 Application Prospect

本成果现已大量应用于遥感卫星系列、小卫星系列，在我国空间实验站的连接件、框类结构等关键部件具有广阔应用前景。新型7A75铝合金低至 10^{-8}\mathsf{cm}^{3}/\mathsf{g} 的磁化率特性也降低了卫星结构的磁性，净化了卫星的磁环境，确保了航天器的高可靠性，是我国成功应用的首例强度600MPa级新型无磁铝合金材料，为我国新型号卫星研制助力。

目前成果已成功进入航天选材目录，近年来的销售稳步增长，预计未来可实现年销售500万元以上，利税400万以上。

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获奖证书及铝合金锻件

62新型耐热铝合金2A43设计、制备加工与应用研究

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本成果是一种新型的耐热铝合金2A43，针对铝合金耐高温性能和成形工艺性的重大需求，攻克了成分设计、组织控制、工业化大铸锭制备等关键技术难题，取得了从原始成分设计到合金制品加工和应用的一系列技术创新。由此开发出了一个集优异耐热性和成形工艺性于一体的原创性铝合金。通过开发高Ag合金化、Cu/Mg比与Ag/Mg比相配合及Si、Fe杂质含量上限控制的合成方法，研发出T6L6时效技术，解决了形变位错降低合金耐热性能的国际性难题，成功制备出国际上第一个高Ag且成分偏析符合国家标准的20吨工业化大铸锭，Ag的收得率达到9 19.8%

本成果获得国家发明专利6项、合金牌号2A43一项及其锻件、板材企业标准一项，发表学术论文70篇，研制出具有国际领先水平的高耐热高成形性2A43-T6L6合金系列产品。实现了航天飞行器“铝代低温端钛”的目标和从“0”到“1”的技术跨越，使我国战略型飞行器舱体有效减重30%

应用前景 Application Prospect

本成果开发的2A43合金系列技术和产品具有优异的耐高温性能，还具备良好的钣金成形工艺性，不仅可以提高舱段工作温度和结构强度，并且可以减轻结构 30% 重量。该材料在化学化工、机械与装备制造、能源环保、资源开发与利用、航空航天等领域具有较大的推广应用价值目前研究成果已经应用于北京空天技术研究所、北京机电工程研究所、北京机电工程总体设计部、北京星航机电装备有限公司、北京航星机器制造有限公司、广西南南铝加工有限公司和株洲中车天力锻业公司，取得了重要的国防价值和社会效益。2018和2019两年的订货量达到273.3337万元，具有光明的市场前景。

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图1合金均匀化后非平衡相形貌图

63 高硅铝合金制备及应用

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本成果是一种采用喷射沉积技术制备出的致密度高、组织均匀、工艺性能优异的高硅铝合金。研发的快速凝固喷射沉积技术可以获得常规铸造冶金技术100倍以上的冷却速度，从而有效控制材料的微观组织，尤其是Si相尺寸和形貌。喷射沉积过程中，固体、半固态和液态熔滴在基底均匀沉积，颗粒的结合强度较高，有利于提高材料的韧性。其中AI- .50% Si合金抗拉强度和热导率比国外材料分别提高47%和6%；攻克了复杂薄壁壳体精密加工、高耐热稳定性表面镀覆、壳体与盖板高气密性激光封焊等技术难题，壳体加工、镀覆和激光封焊成品率分别大于 95% 99%和96%。

制备的喷射沉积高硅铝合金电子封装材料具有导热性良好，热膨胀系数可控，比重小，物理化学性能稳定，激光焊接性能好，机加工性能良好的优点。产品应用于舰载、地基、机载、星载等相控阵雷达，为国家重点工程中核心电子器件的研发和生产提供了重要物质基础和安全保障。成果获2019年中国有色金属工业科学技术奖一等奖，授权国家发明专利8项。

应用前景 Application Prospect

高硅铝合金具有高比强度、高导热、低膨胀等特点，作为轻质电子封装材料广泛应用于航空、航天、舰船等领域。高硅铝合金及其组件通过温度循环、冲击、振动、加速度等验证考核，各项性能指标能够满足电子设备核心模块的使用要求，最终应用各工程的微电路组件，保障了不同频段、不同体制内的雷达系统的研制，促进了海、陆、空全覆盖式雷达组网的实施，使我国预警探测能力向更高水平发展。目前已推广至无人机激光瞄准系统，可以满足器件性能提升、减重和服役可靠性提高的要求，并有望推广到精密光学器件、5G基站低轨通讯卫星等领域，广泛服务于经济社会发展，对于保障国家安全、提高我国的国际战略地位等都具有重大意义。

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高硅铝合金