超強耐蝕無磁鋁合金材料介紹

1、.超強耐蝕無磁鋁合金材料推薦獎種：國家技術(shù)創(chuàng)造獎一、工程名稱超強耐蝕無磁鋁合金材料二、主要完成人張新明中南大學(xué),尹登峰中南大學(xué)，陳明安中南大學(xué),朱耀明中南大學(xué)，鄭玉林南南鋁業(yè)股份，劉勝膽中南大學(xué)三、工程起止時間1980年6月18日至2020年11月26日。四、詳細方案、基金的名稱和編號1.航天工業(yè)部工程1980年：儀表用低磁化率Al-Cu-Zn-Mg合金棒材研究；2.“863方案工程： 航天器用無磁高強耐蝕鋁合金XXXX件研制2002AA741082；3.“973方案工程：進步鋁材質(zhì)量的根底研究G1999064900；4.“973方案工程：高性能鋁材與鋁資源高效利用的根底研究2005CB623

2、700；5.中國空間技術(shù)研究院資助工程：航天器用無磁高強高韌耐蝕鋁合金XXXX件研制2002；6.中鋁資助工程：高強鋁合金材料的淬透性研究CHALCO-2007-KS-07。五、工程簡介我國開展的運載火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器、衛(wèi)星等對材料提出了極低磁性、高強度和高耐蝕迫切需求，要求磁性低于純鋁6.0×10-7cm3/g，稱“無磁，強度600MPa以上超強，抗應(yīng)力腐蝕性能大于10MPa·m1/2。國外對有關(guān)材料高度保密。此前國內(nèi)使用不銹鋼的磁性與密度高，鈦材密度高，鈹材制備有毒，LY12鋁合金強度低且磁性不合要求，我國航天重大工程的開展面臨“無磁輕質(zhì)高強材料瓶頸問題！鋁合

3、金材料的強度、耐蝕性往往互相制衡，同時進步是鋁合金材料領(lǐng)域的難題，實現(xiàn)超強、耐蝕、無磁三項性能協(xié)同難度更大！ 本工程歷經(jīng)30余年，針對不同型號的需求，先后創(chuàng)制了三種低磁化率鋁合金材料，成功應(yīng)用于嫦娥工程、神舟系列飛船、長征系列運載火箭及多種衛(wèi)星的關(guān)鍵構(gòu)件，屢次重大發(fā)射均獲得圓滿成功，為我國航天事業(yè)的開展做出了重大奉獻！其應(yīng)用凈化了航天飛行器磁環(huán)境，進步了平安裕度和可靠性，使失效問題根本解決，實現(xiàn)相應(yīng)構(gòu)件大幅度減重；超強耐蝕無磁鋁合金性能指標已達抗拉強度640675MPa,屈從強度605630 MPa，延伸率1012%，抗應(yīng)力腐蝕性能大于15 MPam1/2，磁化率在4.11×10-8

4、 cm3/g以下，這些高綜合性能指標對推進航天器關(guān)鍵構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計奠定了堅實的材料根底！本工程創(chuàng)造的無磁鋁合金材料成分、制備技術(shù)及其獨特的高綜合性能在國內(nèi)外未見報道。本工程基于磁感強度疊加原理，引入抗磁元素，形成負的或小于純鋁磁化率、且能阻止位錯切過或繞過的強化相，由低磁Al、Mg，抗磁Zn、Cu、Ag元素生成納米共格/半共格Al2Cu-0.5×10-6cm3/g、 Al2CuMg-0.907×10-6cm3/g、MgZn20.007×10-6cm3/g強化相；利用晶體磁性各向異性，引入Cr、Mn、Ti等微合金元素生成亞微米彌散相強化弱磁性方向基體組織，創(chuàng)造Al-

5、Zn-Cu-Mg-XAg、Cr、Mn、Ti無磁鋁合金成分。構(gòu)建“微構(gòu)造多尺度效應(yīng)與晶體低能界面協(xié)同進步強度、耐蝕性和降低磁性的多相組織形式，創(chuàng)造了超強耐蝕無磁鋁合金材料制備的關(guān)鍵技術(shù)，包括：多級均勻化、分級加熱固溶技術(shù)，制備出具有小角度晶界、纖維組織和強<111>織構(gòu)的材料，實現(xiàn)基體界面協(xié)同，強化超強耐蝕無磁性能；高溫預(yù)析出時效技術(shù)，制備出具有晶內(nèi)高密度共格/半共格、晶界不連續(xù)分布無磁強化相的材料，實現(xiàn)第二相界面協(xié)同，強化超強耐蝕性能；淬透層深度與剩余應(yīng)力協(xié)調(diào)的淬火技術(shù)，解決超強耐蝕無磁厚截面材料性能均勻性調(diào)控難題。上述關(guān)鍵技術(shù)已拓展應(yīng)用到航空航天、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域所需大規(guī)格高性能鋁

6、合金材料的研制和消費，在西南鋁業(yè)集團有限責(zé)任公司、南南鋁加工等航空航天鋁材骨干加工企業(yè)得到應(yīng)用，促進我國鋁合金加工技術(shù)進步及鋁合金產(chǎn)品構(gòu)造優(yōu)化晉級。 獲受權(quán)創(chuàng)造技術(shù)專利10項；發(fā)表論文75篇，被SCI、EI檢索52篇；材料已實現(xiàn)規(guī)模化消費，建立了消費工藝、技術(shù)標準及應(yīng)用標準，已列入航天材料優(yōu)選目錄。六、主要技術(shù)創(chuàng)造創(chuàng)造點1：創(chuàng)造了三種高性能無磁鋁合金成分，并構(gòu)建了“微構(gòu)造多尺度效應(yīng)與晶體低能界面協(xié)同進步材料高綜合性能的原理，解決了超強耐蝕無磁鋁合金成分與組織形式設(shè)計難題。學(xué)科：有色金屬及其合金材料；旁證材料：受權(quán)專利ZL200710034536.5，ZL200710081164.1，ZL200

7、710082364.9和研究論文。純鋁的磁化率約為6.0×10-7cm3/g。要使鋁合金磁化率繼續(xù)降低難度相當(dāng)大，本工程 設(shè)計引入抗磁元素、形成負的或極低磁化率且具強化效應(yīng)的多相組織 如，S， <111>織構(gòu)等。本工程創(chuàng)造了三種高性能無磁鋁合金。超強Al-Zn-Mg-Cu-XAg、Cr、Mn、Ti合金由Al、Zn、Cu、Mg主合金元素生成負的或超低磁化率納米共格/半共格強化相Al2Cu-0.5×10-6cm3/g、 Al2CuMg-0.907×10-6cm3/g、MgZn20.007×10-6cm3/g，在大大降低合金磁化率的同時能進步合金強

8、度；Ag、Cr、Mn、Ti等微合金元素的參加還能生成其它亞微米彌散相，阻止再結(jié)晶，有利于形成高比例小角度和強<111>織構(gòu)，協(xié)同進步強度、耐蝕性，進一步降低磁化率。構(gòu)建了“微構(gòu)造多尺度效應(yīng)與晶體低能界面協(xié)同來進步綜合性能的原理，解決了超強耐蝕無磁鋁合金成分、性能與組織形式設(shè)計難題，并提出了合金的特征微構(gòu)造模型。創(chuàng)造點2：創(chuàng)造了多級均勻化、強剪切形變及預(yù)回復(fù)多級加熱固溶的鋁材制備系列技術(shù)，解決形成強<111>織構(gòu)、抑制再結(jié)晶的難題，為時效多相組織調(diào)控奠定根底。學(xué)科：有色金屬及其合金材料；旁證材料：受權(quán)專利：ZL200710081845.8，ZL200710081844.3

9、，ZL200610031359.0和研究論文。小角度晶界、纖維組織和強的<111>織構(gòu)是實現(xiàn)多項性能協(xié)同的重要組織條件，控制材料加工過程中的再結(jié)晶是塑性加工技術(shù)的關(guān)鍵。抑制再結(jié)晶、消除擠壓制品的粗晶環(huán)一直是鋁材加工領(lǐng)域的難題。本工程創(chuàng)造多級均勻化、強剪切形變及預(yù)回復(fù)多級加熱固溶的系列技術(shù)：1多級均勻化，促進彌散相亞微米析出，解決抑制再結(jié)晶的第二相粗大、非均勻析出難題；2強形變控制擠壓，解決強化纖維組織和<111>織構(gòu)形成的難題；3預(yù)回復(fù)多級加熱固溶，降低形變儲能、有效解決固溶和不發(fā)生再結(jié)晶的矛盾。創(chuàng)造點3：創(chuàng)造了先高壓小流量、后低壓大流量介質(zhì)淬火，以及高溫預(yù)析出時效系列

10、熱處理工藝技術(shù)，解決高綜合性能、高均勻性材料淬火時效的難題。 學(xué)科：有色金屬及其合金材料；旁證材料：受權(quán)專利：ZL200710081337.X，ZL202020042965.6，ZL200710034410.8，ZL202020043001.3和研究論文。厚截面大規(guī)格無磁鋁合金材料淬火的關(guān)鍵是要解決沿厚向不均勻冷卻導(dǎo)致整體性能下降難題。時效的關(guān)鍵是要解決無磁強化相充分析出，但耐蝕性能大幅度下降的難題。針對上述難題，本工程創(chuàng)造了以下系列技術(shù)：1創(chuàng)造了先高壓小流量、后低壓大流量介質(zhì)進步材料淬透層深度的工藝技術(shù)，以及淬透層深度測量方法與裝置，為研發(fā)高均勻性超強鋁合金厚截面材料提供了簡便、高效、低本錢

11、的手段；2創(chuàng)造了高溫預(yù)析出時效熱處理技術(shù)，促使無磁強化相晶內(nèi)高密度析出、晶界不連續(xù)析出，協(xié)同進步材料強度和耐蝕性能。七、推廣應(yīng)用情況、經(jīng)濟效益和社會效益1推廣應(yīng)用情況無磁鋁合金已成功應(yīng)用“嫦娥工程、“神舟系列飛船，也成功應(yīng)用于“天宮一號、長征系列火箭和重點遙感型號衛(wèi)星、天繪衛(wèi)星等多種國家重大工程。獲得來自運載火箭技術(shù)研究院XXX廠、中國航天科技集團公司等屢次發(fā)來的感謝信和榮譽證書。超強耐蝕無磁鋁合金材料已廣泛推廣應(yīng)用于我國空間實驗站的連接件、框類構(gòu)造等關(guān)鍵部件。中國空間技術(shù)研究院已將超強耐蝕無磁鋁合金材料列入航天五院的選材目錄，繼成功應(yīng)用于XX-XX和XX-XX重點遙感型號衛(wèi)星后，現(xiàn)已大量應(yīng)用

12、于遙感衛(wèi)星系列、小衛(wèi)星系列，并推廣用作我國空間實驗站的連接件、框類構(gòu)造等關(guān)鍵部件。如，用超強耐蝕無磁鋁合金材料代替衛(wèi)星的鋼絲襯套，使傳統(tǒng)的埋置連接件失效問題得到根本的解決，極大地進步了航天器的平安裕度和可靠性，簡化了工藝，進步加工效率50%，并實現(xiàn)埋構(gòu)件減重5%10%，到達優(yōu)化航天器構(gòu)造件設(shè)計的目的。北京衛(wèi)星制造廠：2005年以來為我廠批量供貨的超強耐蝕無磁鋁合金22mm、25mm、30mm、35mm、40mm、70mm、250mm×250mm×150mm和400mm×400mm×200mm等多種規(guī)格型材、板材及鍛件，已在多型號遙感衛(wèi)星、小衛(wèi)星系列上批量

13、應(yīng)用于連接件、艙段接頭件，減輕構(gòu)造件重量5%-10%。近六年的應(yīng)用說明，該材料性能穩(wěn)定，加工性能好，簡化了連接件加工組裝過程，進步加工效率50%，降低了本錢。2社會效益與間接經(jīng)濟效益本工程歷經(jīng)30余年，針對不同型號的需求，創(chuàng)制的三種磁化率不斷降低而強度不斷進步的鋁合金材料，解決我國開展的新型運載火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船等航天飛輕質(zhì)高強“無磁材料的瓶頸問題，已成功應(yīng)用于嫦娥工程、神舟系列飛船、長征系列運載火箭、各種衛(wèi)星關(guān)鍵部件。凈化了航天飛行器磁環(huán)境，使失效問題根本解決，簡化工藝，并使相應(yīng)構(gòu)件大幅度減重，進步了飛行器有效載荷、精度、平安裕度和可靠性，為我國航天事業(yè)做出了重大奉獻！超強耐蝕無磁鋁合金設(shè)

14、計與制備的科學(xué)原理與技術(shù)，已拓展到了航空航天、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域所需高性能大規(guī)格鋁合金材料的研制和消費，相關(guān)技術(shù)已在西南鋁業(yè)集團有限責(zé)任公司、中鋁西南鋁板帶、南南鋁業(yè)股份、湖南卓聚新材料有限責(zé)任公司、廣東興發(fā)鋁業(yè)公司得到應(yīng)用，為這些企業(yè)提供了技術(shù)支撐并創(chuàng)造了宏大效益。主要應(yīng)用單位及社會、經(jīng)濟效益應(yīng)用單位名稱應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用的起止時間應(yīng)用單位聯(lián)絡(luò)人/ 經(jīng)濟、社會效益萬元中國航天科技集團XX研究院XXX廠運載火箭和神舟飛船1984年至今李苑01068385872中國空間技術(shù)研究院鋁合金XXXX件2002年8月焦定江01068746838北京衛(wèi)星制造廠無磁高端超強鋁合金材料2002年8月張紹政0106837

15、9753湖南卓聚新材料有限責(zé)任公司合金成分、均勻化、固溶、時效及淬透深度測量技術(shù)2004年3月戴增利潤：387.1新增稅收： 74.7西南鋁業(yè)集團有限責(zé)任公司鑄錠均勻化、固溶、時效及淬透深度測量技術(shù)2004年6月游江增利潤：4961新增稅收：957.5中鋁西南鋁板帶鑄錠均熱/加熱等技術(shù)2020年6月黃南鋁業(yè)股份粗晶環(huán)控制技術(shù)2007年5月李增利潤：3326.7新增稅收：835廣東興發(fā)鋁業(yè)淬透性深度測量技術(shù)2006年1月吳錫增利潤：2250.6新增稅收：

16、434.36八、主要知識產(chǎn)權(quán)證明目錄知識產(chǎn)權(quán)類別知識產(chǎn)權(quán)詳細名稱國家地區(qū)受權(quán)號受權(quán)日期證書編號權(quán)利人創(chuàng)造人創(chuàng)造專利用于連接件的無磁鋁合金中國ZL200710034536.52020年4月29日國密第3343號已解密中南大學(xué)張新明，陳明安，周卓平，唐建國，李國峰創(chuàng)造專利精細鋁合金及制備方法中國ZL200710081164.12020年8月4日國密第5046號已解密中南大學(xué)尹登峰，李大河，方可偉，余志明，楊為一創(chuàng)造專利一種Al-Zn-Mg-Cu系合金中國ZL200710082364.92020年2月17日國密第4187號已解密中南大學(xué)張新明，李國峰，朱航飛創(chuàng)造專利鋁-鋅-鎂-銅合金鑄錠的均勻化熱處

17、理方法中國ZL200710081845.82020年2月17日國密第4186號已解密中南大學(xué)張新明，鄧運來，游江海，劉勝膽，張勇，陳明安，周卓平創(chuàng)造專利超高強AlZnMgCu合金的固溶加熱方法中國ZL200710081844.32020年2月17日國密第4189號已解密中南大學(xué)張新明，鄧運來，劉文輝，劉勝膽，游江海，張勇，陳明安，周卓平創(chuàng)造專利一種7XXX系鋁合金熱處理方法中國ZL200710081337.X2020年2月17日國密第4188號已解密中南大學(xué)張新明，張小艷，劉勝膽創(chuàng)造專利測量鋁合金材料淬透深度的裝置及方法中國ZL200710034410.82020年1月6日證書號第587989

18、號中南大學(xué)張新明，鄧運來，鄭玉林，游江海，張勇創(chuàng)造專利進步鋁合金材料淬透深度的淬火方法中國ZL202020042965.62020年6月16日證書號第638771號中南大學(xué)張新明，鄧運來，熊創(chuàng)賢，張勇，萬里，游江海，創(chuàng)造專利制備面心立方金屬細晶板材的方法及模具中國ZL200610031359.02020年6月25日證書號第406621號中南大學(xué)張新明，杜予喧，葉凌英，羅志輝，周卓平創(chuàng)造專利鋁合金板的淬火裝置及方法中國ZL202020043001.32020年3月31日證書號第724173號中南大學(xué)張新明，鄧運來，張勇，熊創(chuàng)賢，萬里，曹盛強，劉勝膽，張勁九、主要完成人情況1. 張新明，男，中南大

19、學(xué)教授。二級單位：中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。1987年獲德國亞琛大學(xué)博士學(xué)位，材料加工工程專業(yè)。對本工程技術(shù)創(chuàng)造性奉獻：主持工程總體規(guī)劃、制定研究方案與組織工程施行，創(chuàng)造了超強耐蝕無磁鋁合金的成分及其材料加工技術(shù)。提出了超強鋁合金力學(xué)性能、耐蝕性能與無磁性能界面協(xié)同進步的研究思路與技術(shù)方案，進展了合金成分設(shè)計，提出并建立了超強耐蝕無磁鋁合金鑄錠多級均勻化技術(shù)和弱磁強<111>織構(gòu)的擠壓技術(shù)以及抗磁、低磁相的時效熱處理技術(shù)。對所列創(chuàng)造點1、創(chuàng)造點2和創(chuàng)造點3做出了創(chuàng)造性奉獻。是9個受權(quán)創(chuàng)造專利的第一創(chuàng)造人： ZL200710034536.5, ZL200710082364.9，ZL

20、200710081845.8，ZL200710081844.3，ZL200710081337.X，ZL202020042965.6，ZL200710034410.8，ZL202020043001.3，ZL200610031359.0。曾獲國家科技獎勵情況：強化高壓電容鋁箔立方織構(gòu)的機理、關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化,2004年1月20日,國家科技進步二等獎,2003-J-215-2-07-R01；鋁及鋁合金現(xiàn)代化熱連軋技術(shù)與工藝開發(fā),2020年12月3日,國家科技進步一等獎，2020-J-215-1-02-R03。2. 尹登峰，男，中南大學(xué)副教授。二級單位：中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。2020年獲中南大學(xué)

21、博士學(xué)位，材料學(xué)專業(yè)。對本工程技術(shù)創(chuàng)造性奉獻：從2005年9月開場主持無磁鋁合金消費試制至今，供神舟系列飛船和多種運載火箭應(yīng)用。研究微量銀對鋁合金負磁相的析出機理及其對鋁合金性能的影響規(guī)律，獲得協(xié)同進步無磁鋁合金強度、降低磁化率的效果。對所列創(chuàng)造點1、創(chuàng)造點2和創(chuàng)造點3做出了創(chuàng)造性奉獻。高強無磁鋁合金成分及其制備方法受權(quán)創(chuàng)造專利第一創(chuàng)造人ZL200710081164.1。3. 陳明安，男，中南大學(xué)教授。二級單位：中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。2003年年獲中南大學(xué)博士學(xué)位，材料加工工程專業(yè)。對本工程技術(shù)創(chuàng)造性奉獻：作為副組長承擔(dān)并完成了863工程 “航天器用無磁高強耐蝕鋁合金XXXX件的研制工程；參與超強耐蝕無磁鋁合金成分設(shè)計，施行了超強耐蝕無磁鋁合金弱磁強<