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“高性能稀土镁合金”已实现大批量生产

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-26  浏览次数:71
核心提示:稀土一直被誉为工业味精,作为军工领域的重要原材料,制造出来的武器不仅能大幅增强性能降低重量,而且会使武器攻击力呈几何上升
 稀土一直被誉为“工业味精”,作为军工领域的重要原材料,制造出来的武器不仅能大幅增强性能降低重量,而且会使武器攻击力呈几何上升。我们都知道稀土需要加工提纯后才能使用,有些稀土矿会富含一些其他矿物元素,我国依据此理论便研究出了另一种复合稀土——稀土镁合金。

稀土镁合金是指含有稀土元素的镁合金,而镁合金在工程应用中属于最轻的金属结构材料,具有强度高,减震性好,易加工等优点,与稀土一样在航天军工等领域有着巨大的应用市场,巧合的是我国也是镁资源的生产和出口大国,经过科研人员在镁合金领域不断深入研发,开发出了一系列含有稀土的镁合金,具有高强度,耐高温,耐腐蚀等优良性能,对我国导弹研发具有重大意义。

针对xx飞行器等国家重大工程对高性能镁合金材料及其制备加工技术的迫切需求,上海交大“金属基复合材料国家重点实验室”将中国优势资源的镁与稀土相结合,在国防973、国防科工局重点研究项目、089专项的支持下,持续20余年的研究,解决了镁合金强度低、难变形、不耐热、易腐蚀等关键科学问题;攻克了净化困难、成型性能差、性能不稳定等关键应用瓶颈,研制出中国特色高性能镁稀土系列合金及其国防领域轻量化制品,并应用于多种关键航空航天型号,实现了重大突破。

首先,高性能镁稀土合金及其军用制品研制项目发明了国际领先水平的高性能镁稀土合金材料。阐明了重稀土元素在镁中的大固溶度的特殊成因,调制出了垂直于滑移基面的高效析出强化相,并确立了其时效析出序列及层错强化机制,发明了抗拉强度≥500MPa的高强镁合金;发现了重稀土、镁及锌原子在一定条件下能形成具有高温稳定性的长周期有序结构(LPSO),发明了300℃下抗拉强度≥300MPa的耐热镁合金;发现非稀土元素微合金化能促进非基面多滑移系开动,发明了伸长率超过20%的高强高塑镁合金;上述三种合金均已列入国家标准GB/T 19078-2016,国际标准ISO-16220正在审定中。

其次,该项目发明了镁稀土合金熔体复合处理方法与装备。首次提出了镁熔体中稀土元素动态损耗补偿方法,研制了镁稀土合金专用精炼与覆盖熔剂,系统集成了镁熔体保护、净化、细化于一体的复合处理装备,解决了镁稀土合金深度纯净化及稀土损耗有效控制的世界性难题;发明了镁稀土三元中间合金及镁锆复合细化剂的共电解制备工艺,使成本降低了三分之二,有效调控了镁合金熔体的预结晶组织与结构,实现铸态组织微细化和均质化。

再次,该项目发明了镁稀土合金构件铸造与变形系列核心技术。发明了水平上升大型低压铸造新方法新工艺与镁合金阻燃涂料,突破了大型复杂镁合金铸件充型过程中氧化燃烧、铸件尺寸精度低、表面质量差的瓶颈;发明了大压缩塑性变形制备超细组织材料的系列技术,构建了稀土镁合金高温蠕变机制图,开发了晶粒细小、织构弱化的大型复杂变形部件的成型工艺;综合解决了大型复杂镁合金零件的铸造与变形过程精确控形与控性关键难题。

最后,该项目发明了镁合金表面处理新方法与新工艺。发明了形成致密耐蚀膜层的表面均匀化前处理新工艺、镁合金阳极氧化用离子离换膜电解槽及其氧化方法,镁合金超声阳极氧化与着色方法及装置,解决了镁合金阳极氧化用电解质溶液不稳定、镁合金表面化学成分和电化学不均匀的难题,使表面膜层更加均匀、致密,大大提高了阳极氧化膜层的防护性能;膜层中性盐雾耐蚀性能2000h条件下保护评级达到10级;实现了工业规模应用。

该项成果将发明的镁稀土合金与创新的工艺结合,首次实现了大型复杂高性能镁稀土合金航天与航空主承力结构部件设计与制造。研制了30余种大型复杂国防关键部件,其中实现(型号)典型应用的有:089专项xx飞行器三角翼,已成功试验多次,累计供货20件;新型Z20直升机机匣50余套,XX反坦克导弹壳体已转让批量生产,累计供货近万件,均为世界首次。xx导弹用FS-x涡扇发动机中介机匣40余套、YJ-21导弹舱30余套、HQ16导弹舱体50余套,均已实现批量供货。已经完成研制的有:xxx战机导弹弹射架完成飞行试验,单机实现减重60公斤;空天飞机系列部件20余套,均实现减重25%以上。

该项成果实现了镁稀土合金研发和应用的世界性超越,对我国武器装备的轻量化具有重大作用。本项目共授权发明专利60余项,发表高水平学术论文190余篇,论文引用次数4300余次。相关研究成果已推广到汽车及其它民用领域,具有显著的经济效益和社会效益。近三年新增产值5亿多元,新增利税1亿多元,新增节支总额2000万元。大力促进了我国优势资源镁及稀土产业的发展。本项目建立了具有自主知识产权的镁稀土合金的技术体系,总体上达到了国际领先水平。

值得一提的是,镁合金此次应用的一系列武器中,有一款导弹最引人瞩目,大家也比较熟悉,那就是几经测试的WU-14高超音速飞行器。

WU-14我国官方早在两年前就已经曝光了其外形特征,采用火箭发射至近地轨道,然后自行进入亚轨道空间,气动外形采用“乘波体”升力结构,而“乘波体”结构的两侧飞翼正是由稀土镁合金打造。

我们先来解释下乘波体,这是一种比较适合进行高超音速飞行的外形结构,依靠弹头前沿激波的压力产生升力,由于WU-14需要频繁再入大气层进行机动变轨飞行,空气阻力会使WU-14周围产生极高的大气摩擦温度,而且飞行速度在8-12马赫

一般材料根本无法承受高温高速飞行,而基于高强度稀土镁合金打造的WU-14高超音速武器就完全没问题,这也是未来我国新一代跨洲际打击的核心力量。

俗话说基础材料决定上层建筑,就好比美国高端装备武器离不开稀土,我国材料领域几十年前就开始进行战略布局,西方领先的我们大力突破,西方没有的我们充当领先者。

如今已经小有成就,基于稀土镁合金的高超音速武器西方目前还没有任何成功应用的型号,这一次我们再次站在世界顶端。我国高超音速武器也绝不是靠运气研发成功,除了科研人员的努力拼搏外,中国的战略眼光可是非常之高。

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