我国特种冶金产品、技术和装备的最新进展与展望

摘要:航空航天、能源、石油化工、船舶、轨道交通、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域的高端装备产业发展强劲,对特殊钢和特种合金材料的质量和性能提出了更高的要求,需求量激增。因此,最近十几年我国特种冶金行业得到了快速的发展。首先,分析和总结了我国上述高端装备制造用超高强度钢、高温合金、耐蚀合金、耐热钢、特种不锈钢、高性能轴承钢、工模具钢以及精密合金等的新需求。其次,分析了传统特种冶金流程和几种特冶新流程的发展现状与趋势,重点强调了与转炉/电弧炉炼钢流程相结合可以为电渣重熔和真空电弧重熔提供高洁净的自耗电极,也可以为真空感应炉提供纯净原材料,用连铸坯作为自耗电极的抽锭式电渣重熔后接轧制工艺的电渣短流程可以显著提升生产效率和降低生产成本。同时,也简要介绍了高氮不锈钢冶炼的双联工艺和工模具钢的粉末冶金和喷射成形工艺流程。再次,分析和总结了我国特种冶金产业发展现状,以及新技术和新装备的进展情况。最后,对未来十年我国特种冶金的技术发展提出了建议和展望。

基于有限元分析的钛合金椎弓根螺钉插入不同骨质性能研究

摘要:钛合金因其优异的力学性能和生物相容性,广泛用于椎弓根螺钉的制备。椎弓根螺钉插入椎骨时,松质骨密度和皮质骨厚度都会对椎弓根螺钉插入稳定性产生影响,因此,有必要研究它们对椎弓根螺钉插入性能的影响。先通过有限元仿真方法研究不同骨质对椎弓根螺钉插入阶段的插入扭矩与骨应力的影响;再选用不同密度的聚氨酯泡沫作为骨材料,对标准钛合金椎弓根螺钉的插入过程进行力学性能测试。结果表明:相较于松质骨密度,皮质骨的厚度对螺钉插入稳定性的影响更大;皮质骨厚度的减小和松质骨密度的降低都会削弱椎弓根螺钉在插入时的插入扭矩;仿真结果与力学实验结果具有较高的一致性,表明有限元仿真方法可以用于椎弓根螺钉的插入扭矩预测。

神奇超材料——研究背景、技术演进、产业布局及展望

摘要:超材料是一种通过人工微结构在亚波长尺度内精确调控物理场的复合材料或结构阵列,是近年来由科学界兴起、被工程界广为关注的全新材料构建范式,不仅在宏观上展现出超越传统天然材料的奇异特性,还可实现结构功能一体化。自2010年起,超材料研究已遍布与“波”相关的所有领域,包括电磁、声学、力学、热学和量子等领域,并多次入选《科学》杂志评选的年度十大科技进展,被评为21世纪前十年影响人类的十大科技突破之一。由此衍生的相关技术也已深入各行各业,尤其在无线通信、雷达隐身、减振降噪、热能转换、高精度成像、高灵敏传感等多个领域产生了颠覆性效应。本章沿着超材料发展脉络依次对研究背景、研究进展和前沿动态展开介绍,不仅从发展全局的视角系统论述我国在该领域中的典型成果与国际定位,并且从技术演进和产业布局的角度分析超材料领域的未来发展趋势与重点。

冷弯薄壁型钢T形拼合柱轴压性能研究与承载力计算

摘要:冷弯薄壁型钢(CFS)全螺栓垫板连接T 形拼合柱是一种新型拼合截面柱,在全螺栓连接框架结构中承受集中荷载。目前关于全螺栓连接T 形CFS 拼合柱轴心受力性能的研究报道较少。基于已有的试验研究成果,建立准确可靠的T 形CFS 拼合柱数值分析模型,选取构件长细比、板材厚度、垫板的纵向间距等参数,研究在轴压作用下各重要参数对T 形CFS 拼合柱极限承载力和屈曲模态的影响。结果表明:随着长细比的增大,T形CFS 拼合柱的屈曲模式由局部与畸变相关屈曲逐渐转变为整体屈曲,当长细比

航空发动机中介圆柱滚子轴承抗倾斜能力分析及优化设计

摘要:针对某航空发动机中介圆柱滚子轴承由于内、外圈倾斜而导致滚子与内圈滚道出现剥落的问题,提出采用内、外圈许用倾斜角评价圆柱滚子轴承的抗倾斜能力,基于该方法分析得到轴承许用倾斜角随着滚子凸度和内圈滚道有效宽度增大而增大,故提出将滚子凸度增大到原结构的3.2倍,内圈滚道有效宽度比原结构增加6%的改进措施,改进后的轴承许用倾斜角提升到优化前的4~9倍,仿真和试验结果表明优化后的轴承能够避免滚子与内圈滚道一端出现应力集中。

钙钛矿电池如何引领光伏技术迭代

摘要:相比晶硅,钙钛矿转化效率天花板更高,量产成本更低。钙钛矿单节/叠层电池理论转化效率达到33%和45%,相比晶硅电池具备更高的天花板;成本方面,我们预计钙钛矿单节组件远期成本在0.5~0.6元/W,明显低于晶硅组件,可以显著降低光伏发电度电成本,是未来光伏技术的重点发展方向。目前钙钛矿电池产业化应用还在早期阶段,但是晶硅和非晶硅企业纷纷入局,各路资本也相继进入,产业化进程受到市场广泛关注。钙钛矿目前还处于早期阶段,需要解决稳定性及工艺问题实现规模化量产。目前钙钛矿产业化还处于前期,企业产线还在小试/中试阶段,寿命(稳定性)和转化效率是钙钛矿产业化的主要阻力,需要各膜层材料以及工艺的相互配合提高产品稳定性。其中,阻水阻气材料、提高稳定性的添加剂、钝化膜层以及相关设备是产业化推进的重要核心,上述环节的突破会解决行业矛盾,加速产业化推进,分布式光伏以及2C端产品的包容性会率先成为钙钛矿电池的应用场景。

全固态电池即将迎来量产元年-2024年中国全固态电池产业研究

摘要:全固态电池作为一种新型电池技术,它具有更高的能量密度和安全性,技术路线主要分为氧化物、硫化物、聚合物三中类型。预计到2030年,中国全固态电池地产规模将超过1000亿元。全球范围内,全固态电池技术也受到了欧美、日韩地区的重视,各地区根据自身特点发展出不同的模式。全固态电池技术正处于发展初期,面临材料、界面接触和生产制造等挑战。硫化物全固态电池需要克服空气稳定性差、界面易反应和高制造成本等问题,恩力动力为代表的制造商正通过材料研发和工艺改进来解决问题。氧化物技术路线的挑战在于材料的易脆性、接触不良和特殊工艺要求,太蓝新能源等制造商正在通过技术攻关来克服难题。而聚合物路线则需要解决电解质的低导电率、化学和热稳定性差以及低机械强度的挑战,欣旺达等制造商正在通过材料创新和工艺改进来应对挑战。全固态电池因高安全性好强环境适应性有望在科研和新型科技领域率先应用。随着规模化生产的实现,预计成本将降低,性能将提升,应用将逐渐扩展至传统电子化电动载人工具场景。预计全固态电池技术成熟后,成本将显著下降,全固态电池有望应用在对成本敏感且对安全性要求高的工业和储能场景。

NiTi 形状记忆合金的功能特性及其应用发展

摘要:NiTi 形状记忆合金(shape memory alloys, SMAs)作为一种智能材料,具有良好的超弹性、形状记忆效应和生物相容性等功能特性,被广泛应用于航空航天、医疗器械和工程建筑等领域。其中超弹性在宏观上表现为发生较大的变形仍能恢复原形状,且其远大于常见金属可恢复的弹性应变。形状记忆效应则是温度激励下奥氏体和马氏体两相的相互转变,根据宏观变形分为单程、双程和全程形状记忆效应。而NiTi SMAs 的生物相容性体现在低弹性模量和低生物毒性等方面,可应用于正畸、矫正、心血管支架等医疗器件。为充分发挥NiTi SMAs 的功能,研究者们不断开发NiTi SMAs 相关的智能结构。本文简要综述了近年来研究和发展 NiTi SMAs 的不同功能特性及其对应的智能结构典型应用,详细介绍和讨论了NiTi SMAs 的功能特性、关注问题和应用领域。同时,也对 NiTi SMAs 阻尼性能和储氢特性进行了阐述。最后,展望了NiTi SMAs 在各领域应用上尚需重点关注的问题:利用增材制造技术调控微观结构实现超弹性的稳定性提升;通过建立本构模型为形状记忆效应的稳定应用提供理论指导,并进一步优化结构实现形状记忆效应的宏观放大;提高NiTi SMAs 在生物环境里的耐腐蚀性和医疗应用推广。因此,推动NiTi SMAs 在不同应用领域的个性化和功能定制化,尚需大量的跨学科研究。

轴承钢中夹杂物调控的冶金技术现状及智能化展望

摘要:随着我国高铁、航空航天、风电等重大装备的应用与建设,对轴承钢提出了高品质、长寿命和高可靠性的要求。通过介绍国内外高性能轴承钢中夹杂物调控现状,分析国内特殊钢企业在夹杂物调控领域的水平与差距,提出高性能轴承钢中夹杂物智能化调控的技术展望。通过非铝脱氧钢中夹杂物调控、低氧稀土钢中夹杂物调控、镁对钢中夹杂物调控和热处理对钢中夹杂物调控生产出高性能轴承钢,为国内相关特殊钢企业提供研发思路和参考。

耐热铝合金导线的研究进展

摘要:耐热铝合金导线是一种性能良好的特种导线,在现有输电走廊增容改造、大容量线路建设等领域具有技术优势与广阔应用前景。综述了耐热铝合金导体材料的技术水平及发展趋势,介绍应用了高性能加强芯的新型耐热铝合金导线的种类及性能特点,并提出了未来耐热铝合金导线的研究方向。