制造业材料是国民经济的主体。陕西金属材料发展特色鲜明,人才技术优势突出,为突破钛、镁、钼等材料产业发展面临的一系列问题,进一步增强我省金属结构材料和金属功能材料竞争优势,推进先进金属材料产业升级,助力区域经济高质量发展,经陕西省科技重大专项联席会议第三次会议审议决定,启动实施陕西省新材料领域科技重大专项。根据重大专项实施方案的总体部署,按照“成熟一项,论证一项,启动一项”的原则,现发布陕西省“先进金属材料”科技重大专项第一批课题申报指南。宝鸡永悦钛合金有限公司时刻关注钛行业动态积极响应国家政策。
一、专项总体目标
本专项重点围绕先进金属材料中的钛合金、钼合金、镁合金及超导材料四个方向开展科学研究与技术开发,进一步解决和突破制约我省先进金属材料产业发展的瓶颈问题,全面提升我省先进金属材料领域的工艺技术、材料制备平台的自主研发能力,取得基础理论研究的原创性成果,突破“卡脖子”材料、技术和关键共性技术,并实现工业应用示范,实现批量化生产,促进我省先进金属材料产业多样化发展和工艺绿色化发展,确保我省在先进金属材料领域国内领先的地位。
二、总体布局及要求
(一)本专项按照《<中国制造2025>陕西实施意见》提出的建设陕西材料强省战略目标,围绕我省具有领先优势的高端先进金属材料研制和量产的需求,在钛合金材料、钼合金材料、镁合金材料、高温合金材料、高端先进铜合金材料、超导材料等金属材料领域开展集中攻关,攻克一批核心关键技术,开发一批自主安全科控的先进金属材料产品,并开展典型示范应用,夯实产业基础,提升我省先进金属材料产业核心竞争力。
(二)本批拟启动先进金属材料专项中4个项目,共8个课题(其中超导材料研究方向的2个课题采取定向委托方式,指南不对外发布)。每个课题原则上仅支持1项。
(三)申报要求
1.申报统一按指南二级标题(如:1.2)的课题研究任务进行申报。研究内容应涵盖标题下指南所列全部研究内容,可提出超出指南所列研究内容,但占比不得超出20%。申报课题应达到或高于指南所列考核指标。
2.课题下设子课题数不超过4个,每个课题参研单位原则上不超过6个,课题设1名课题负责人,课题中每个子课题设1名子课题负责人。
3.课题由龙头骨干企业、高新技术企业或企业化运行的新型研发机构牵头申报。鼓励牵头单位与高校、科研院所联合申报,子课题承担单位或参与单位不限为本省法人单位。
4.课题采取“竞争择优”方式评审立项,省财政资助不超过课题总经费的30%,立项后按实施进度给予事前资助。
5.课题的执行期为4年(共48个月),具体执行时间以科技重大专项课题任务书签署时间为准。
6.陕西省科技重大专项聚焦产品或产业化目标,原则要求课题完成时技术就绪度达到7—9级。
7.课题进入产业化阶段(7级及以上),牵头单位须联合省内上下游配套企业参与实施。
三、重点任务
项目1:钛合金材料
1.1课题名称:高精度变壁厚系列化钛翻转隔膜制备技术
(一)课题研究内容:针对航天轨控姿控动力系统应用,解决系列化钛隔膜产品批量化、稳定化生产的相关技术。研究加工工艺、热处理与力学性能、织构特征及残余应力分布等因素的内在相关性,开展板材织构特征与其深冲加工特性的对应关系、钛隔膜残余应力分布对翻转性能的影响规律等进行深入研究。并结合有限元数值模拟技术,分析钛板材在成形过程中的等效应力、等效应变、壁厚及变形分布状态,优化压边力、冲压载荷、冲压速率、模具尺寸、摩擦系数等工艺参数。以便完善适应规格为Ф100~500mm系列化钛半球形隔膜变壁厚精密加工及表面质量控制的相关技术。
(二)课题考核指标:隔膜用钛板材延伸率≥60%,屈强比≤0.7,平均晶粒度≥4.5级;直径100~500mm、壁厚0.25~1.2mm、壁厚公差±0.02mm的0.5L~20L系列化高精度变壁厚钛翻转隔膜产品,翻转性能达到:排放效率≥95%, 最终翻转压力≤0.6MPa,并达到工程化批量生产水平,项目完成后实现产能2万件/年,年经济效益2000万元以上。在航空航天领域获得实际应用,并提供用户使用报告。申请发明专利3件以上。
1.2课题:航天用低温钛合金波纹管制品制备技术及产业化技术
(一)课题研究内容:研究面向大运载火箭用大推力氢氧发动机管路连接系统,突破大型超低温钛合金多层波纹管及其制品的批量化、稳定化制备技术。研究基于制备钛合金超薄壁管材的滚珠旋压工艺及制备超薄壁波纹管的机械胀形方法,获得超薄壁管材旋压、机械胀形工艺参数,开发出低温钛合金大型多层波纹管制备方法。提出多层管材叠加机械胀形的制备方法,突破超薄壁管材旋压、多层管材机械胀形工艺。并基于低温钛合金大型多层波纹管制备技术的优化挖掘,实现波纹管质量、性能的提高,规格尺寸范围的扩大及品种系列化。通过建立低温钛合金波纹管制备工艺流程,实现波纹管制品的批量化稳定制备,实现工程化实际应用。
(二)课题考核指标:管材力学性能应达到:1)室温:Rm≥600MPa,Rp0.2≥500MPa, A5≥8%;2)-253℃低温:Rm≥1100MPa,A5≥6%;室温振动性能:RT≥0.03;3)波纹管规格尺寸要求:外径142±2mm,内径120±2mm;层数≥2,单层厚度0.25~0.35mm;波纹数≥15;波距12.8mm;波厚8.5mm;有效长度L0≥200mm;4)波纹管主要性能参数:行程≥22mm(压缩≥14mm,拉伸≥6mm);密封性:氦质谱检漏,漏率?6.5×10-9Pa.m3/s;耐压强度:外压1.0MPa不失稳(试验时间≥5min);疲劳(循环)寿命:外压0.6MPa,行程≥22mm,频率?60次/min,疲劳寿命≥4500次(大气环境); ≥ 1200次(-253°C液氢环境)。申请发明专利3件以上。实现产品的批量化生产,项目完成后实现产能2万件/年,年经济效益1000万元以上。形成批量销售和在航天上的应用,并提供用户使用报告。
项目2:钼合金材料
2.1课题:高性能大长径比薄壁钼合金管类产品的制备研究及产业化技术
(一)课题研究内容:针对测温领域热电偶、核用包壳材料及新型反应堆热管材料的要求,研究满足要求的钼合金材料,确定出合金材料的成分;研究大长径比薄壁钼合金管压力加工工艺,制定出稳定可行的工艺规范;设计开发钼合金薄壁管加工及检测的工装;研究薄壁钼合金管的弯曲及焊接等深加工技术,确定最佳工艺方法;研究大长径比薄壁钼合金管薄壁钼合金管的表面处理方法;研究薄壁钼合金管的性能测试方法,确定相关测试规范。
(二)课题考核指标:
钼合金管1:管材直径4mm~16mm,壁厚0.5~2mm,长度≥2000mm,表面粗糙度Ra<0.8μm,耐水压力>40MPa;室温下抗拉强度>750MPa,延伸率>20%;1200℃抗拉强度>150MPa;室温振动性能:RT≥0.03;1300℃/20MPa下,稳态蠕变速率小于1×10-7s-1;1300℃/40MPa下,稳态蠕变速率小于8×10-7s-1;核包壳用管材与端塞焊接焊缝最大气孔直径小于管材壁厚的10%,氦检漏率小于1×10-9Pa.m3/s,焊接接头的室温抗拉强度大于600MPa,1200℃抗拉强度>100MPa,水压测试时焊缝失效强度>20MPa,爆破试验断裂不出现在焊缝处;建立钼合金薄壁管的高温性能检测规范;申请专利不少于3项;建立产能50000米/年的薄壁管产业化生产线;实现产品的批量销售,新增产值不少于1000万元。
钼合金管2:管材直径15mm~20mm,壁厚0.8~1.2mm,长度≥4500mm,表面粗糙度Ra<0.8μm;室温下抗拉强度>800MPa,延伸率>20%;1100℃抗拉强度>280MPa,延伸率>20%;1300℃/20MPa下,稳态蠕变速率小于1×10-7s-1;1300℃/40MPa下,稳态蠕变速率小于8×10-7s-1;申请专利不少于2件;项目完成后,2-3年内实现产值不低于600万元。
2.2课题:钼及钼合金单晶工程化制备技术
(一)课题研究内容:针对系列化钼及钼合金单晶材料,开展纯Mo、Mo-Re、Mo-Nb-W和Mo-Nb-W-Zr合金单晶的原料纯化技术、单晶生长技术和材料基础性能研究;研究制备工艺与钼合金单晶微观结构及性能的关联性;进行Mo-Nb合金单晶制备工艺优化,提升技术成熟度及材料性能稳定性,实现材料工程化制备;建立系列化钼及钼合金单晶材料制备的行业标准或规范。
(二)课题考核指标:
单晶棒材尺寸规格Φ(28~30)×700mm;C、N、H、O等杂质总含量≤100μg/g;单晶棒材轴向为<111>晶向,且>晶向偏离角≤4°;1600℃下,Mo-3Nb合金单晶Rm≥70MPa、延伸率≥15%,Mo-6Nb合金单晶Rm≥80MPa、延伸率≥12%,Mo-Nb-W合金单晶Rm≥90MPa、延伸率≥10%,Mo-Nb-W-Zr合金单晶Rm≥100MPa、延伸率≥8%;申请发明专利3件以上,制订规范标准2项以上。目前市场容量为 100根/年,未来5~10年市场总量达到2000根。实现产能160根/年,产值约3000万,实现产品的批量销售和成功应用。
项目3:镁合金材料
3.1课题:高纯原镁和高洁净镁合金的制备技术与装备
(一)课题研究内容:针对工业原镁纯度低,杂质种类多、含量波动大且不可控,而现有高纯镁制备技术生产效率低、成本高,以及大型镁合金铸件制备过程经常产生夹杂、气孔等瓶颈问题,在充分研究并掌握上述问题所产生根源的基础上,与国内优势企业联合攻关,有针对性地开发出能满足冶金还原、航空制品等结构件及集成电路等需要的不同纯度级别的原镁批量化低成本制造技术和装备,以及高洁净度和高致密度的大型镁合金铸造结构件制备技术,制定并完善4N级以上纯镁批量化制备过程中的相关企业技术标准。
(二)课题考核指标:建设完成1000吨/年的4N级、100吨/年的4N5级、10吨/年的5N级三条生产线并稳定生产一年以上,总产量分别达到1000吨、100吨、10吨以上,形成4N级以上高纯镁批量化制备过程中相关企业技术标准,产品质量满足冶金还原(如高纯钛等)、高品质镁合金制备等用户单位的要求并投入使用;以传统ZM6合金为例,使得镁合金铸件内部冶金质量(夹渣和疏松缺陷指标)稳定高于航标HB7780-2005规定的Ⅰ类铸件的技术要求,107循环周次(R=-1)下疲劳强度≥120 MPa;满足用户使用要求,交付用户单位试用,并出具使用报告。本项目申请发明专利≥5件,总产值达到3000万元以上。
3.2课题:镁制品表面复合涂层制备技术研发与应用示范
(一)课题研究内容:针对裸露动件(轮毂、枪械等镁质构件)的抗弹射冲击、防乱石击打,通讯装备壳体的导电耐蚀,户外LED壳体的耐蚀散热等不同服役环境镁合金制品表面防护的特点,开发出耐乱石击打、抗连接腐蚀、导电耐蚀、耐蚀散热、耐蚀隔热等条件下镁制品表面专用复合涂层制备技术;建立铜离子加速乙酸盐雾腐蚀、划痕腐蚀、磨损失重、热冲击、乱石击打、膜基结合强度及连接腐蚀等在内的表面性能测试方法和规范;研究并突破镁合金耐蚀、耐热、抗疲劳等多功能协和改性防护及原位快速修复关键技术;研制出可满足不同服役环境下镁制品示范件的微弧复合处理、低温等离子体处理、多功能协和改性处理、便携式局部破损现场修复等设备、及诸如乱石击打等特殊用途的测试仪器。解决镁产业发展的表面防护技术瓶颈,形成多类别镁制品表面处理技术的产业化示范。
(二)课题考核指标:
(1)各类涂层的基本指标:中性盐雾腐蚀试验>1000 h,膜基结合力≥1级,表面润湿角>130°。
(2)裸露动件类:168小时铜离子加速乙酸盐雾腐蚀表面无腐蚀斑点,±30℃热冲击后十字划痕交叉处涂层无剥落;直径8 - 16 mm的石粒500 MPa冲击后表面凹坑直径小于3 mm;镁合金与铜连接于中性盐雾环境中200小时,连接界面处镁基体未见腐蚀;200℃涂层隔热效果≥30℃。
(3)镁质通讯装备壳体类:内表面电导率<50 mΩ。
(4)LED镁质壳体类:复合涂层表面热发射率>0.6。
(5)镁锂壳体低温等离子体处理后析氢速率<1 ml/cm2·d。建成单位面积处理功耗小于40kW/㎡、年处理能力大于20万平方米的镁合金微弧复合处理示范线,年产值不低于1000万元;形成标准、工艺规范不少于3项,申请发明专利5件以上。