日前,2019年度國家科學技術獎初評結果公布,由北京科技大學、江蘇精研科技股份有限公司、上海富馳高科技股份有限公司聯合完成的《高性能特種粉體材料近終形制造技術及應用》項目獲評二等獎。

用關鍵 技術難度限制利用

        高性能特種粉體材料在國防裝備和民用高技術産品中具有不可取代的關鍵作用。但是,由于硬度高、脆性大、性能對加工狀态敏感等問題,采用傳統材料加工技術難以制備成複雜形狀的、可以使用的零件,極大地限制了這類材料性能的發揮和有效利用,也成為我國許多國防裝備和民用工業領域發展的瓶頸。

        與此同時,粉末注射成形在高性能複雜精密零部件的低成本批量化制備方面具有獨特優勢,被認為是未來制造業十大颠覆性技術之一。然而,對于不同材料,該技術所面臨的技術難點不盡相同,需要有針對性地開展創新研究。

多項合力 技術突破制造終端

        在此背景下,項目針對國防裝備、汽車、智能電子産品等領域的需要,開展了金屬鎢、氮化鋁、軟磁合金等特種粉體材料注射成形的研究,突破了近球形微細粉末制備、精确成形、強化燒結與組織性能調控等關鍵技術,實現了此類材料制品的高性能近終形制造。具體表現為:

        1、發明了适合注射成形的近球形微細特種粉體制備和改性新技術。創立了溶液燃燒合成難熔金屬和非氧化物陶瓷粉體反應體系和工藝,率先開展了等離子球化窄粒徑分布難熔金屬粉體改性新技術研究,制備出高分散近球形微細氮化鋁、金屬鎢等特種粉體,填補了國内外空白。

        2、發明了适合不同材料的多種粘結劑體系及成形和高效脫脂工藝。建立了基于聚合物功能基團的多組元粘結劑設計原理,首次将兩相流理論和混沌理論應用于粉末注射成形充模過程的研究,解決了坯體的成形、保形、殘碳、增氧、缺陷控制等難題。

        3、發明了多孔脫脂坯強化燒結緻密化和組織性能精确調控技術。基于細晶強化、結構活化等原理,建立了金屬鎢和金屬軟磁強化燒結新工藝;綜合利用液相燒結和殘碳“脫氧”原理,解決了氮化鋁高緻密化、晶界相控制和晶格淨化等難題。高緻密度金屬鎢的抗電子轟擊性能提高了2 個數量級;鐵基軟磁的最大磁導率提高了3-5 倍;氮化鋁的熱導率高達248W·m-1·K-1。

         4、發明了磁場注射成形機、高效脫脂爐和節能燒結爐等關鍵裝備,建立了基于機器視覺的産品尺寸、外觀質量在線檢測,工業機器人動态抓取、裝配和分揀軟硬件系統,實現全自動化生産,效率提高6 倍以上,産品尺寸精度≤0.2%。

以點帶面 成果頗豐發展顯著

        項目相關技術成果先後獲得教育部技術發明一等獎2項,中國有色金屬工業科學技術獎(發明)一等獎2項,獲世界粉末冶金大會産品獎2項。申請中國及PCT 專利 162 項,其中授權發明專利 72 項、實用新型專利68 項,軟件著作權6 項,出版著作2 部,發表SCI 論文223 篇。

        其中,“複雜形狀氮化鋁構件注射成形工藝技術”和“高性能金屬鎢制品精密制備技術”達到“國際領先水平”,金屬軟磁制品“使用性能達到國際最好水平”。

        除了科研成果,項目累計建設了54條生産線,其中江蘇精研和上海富馳已發展成為世界排名前兩位的注射成行企業。近三年,新增銷售39.5億元,新增利潤7.9億元,經濟和社會效益顯著。在項目的推動下,多種産品打破國外技術封鎖,解決了多項國防裝備建設和研發的“卡脖子”問題,滿足了國家重大需求,引領和推動了我國粉末注射成形産業的形成和發展。