有色金屬材料在航天、航空、軍工等國(guó)家戰(zhàn)略領(lǐng)域有著不可替代的作用和地位，新世紀(jì)以來(lái)國(guó)家發(fā)展對(duì)有色金屬材料的需求更為緊迫和更具前沿挑戰(zhàn)性。中南大學(xué)有色金屬優(yōu)勢(shì)學(xué)科群長(zhǎng)期活躍于本學(xué)科前沿和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域，建設(shè)了輕質(zhì)高強(qiáng)有色金屬材料與構(gòu)件、有色金屬?gòu)?fù)合材料與構(gòu)件、有色金屬高溫結(jié)構(gòu)材料與構(gòu)件研究平臺(tái)，組建基礎(chǔ)研究-技術(shù)創(chuàng)新-工程化研究-產(chǎn)業(yè)應(yīng)用各環(huán)節(jié)融合的跨行業(yè)、跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，通過(guò)承擔(dān)國(guó)家重大項(xiàng)目，形成本領(lǐng)域前沿（知識(shí)、技術(shù)、工程）的創(chuàng)新能力，快速響應(yīng)國(guó)家重大需求，解決關(guān)鍵難題，取得一系列重要突破。

    研制成功Ø10m級(jí)重型運(yùn)載火箭箭體結(jié)構(gòu)件

    重型運(yùn)載火箭是我國(guó)載人登月、深空探測(cè)等重大工程急需的關(guān)鍵運(yùn)載工具，其關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)階段的任務(wù)之一是要突破重型運(yùn)載火箭超大型Ø10m級(jí)貯箱過(guò)渡環(huán)、橢球形箱底瓜瓣、超高強(qiáng)部段對(duì)接環(huán)框和薄壁高筋大型壁板件等箭體主要結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)瓶頸，為型號(hào)立項(xiàng)做好準(zhǔn)備。面對(duì)國(guó)家這一重大需求，中南大學(xué)與航天一院、西南鋁等單位組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，突破了超大規(guī)格鑄錠的高品質(zhì)制備、超大型環(huán)件高性能整體成形制造、大型橢球形瓜瓣復(fù)雜曲面高精度蠕變時(shí)效成形制造、超高強(qiáng)部段對(duì)接環(huán)框成形制造、薄壁高筋大型壁板件快速精確成形制造等關(guān)鍵技術(shù)，已成功研制出國(guó)內(nèi)最大的高性能Ø10m級(jí)整體貯箱過(guò)渡環(huán)、橢球形箱底瓜瓣、超高強(qiáng)部段對(duì)接環(huán)框和薄壁高筋大型壁板件等箭體主要結(jié)構(gòu)件，形成了從材料到構(gòu)件一體化制造的系列核心技術(shù)，制成的幾類大型構(gòu)件綜合性能指標(biāo)全面突破設(shè)計(jì)要求，圓滿完成重型運(yùn)載火箭箭體主要結(jié)構(gòu)件制造的預(yù)研，為我國(guó)重型運(yùn)載火箭立項(xiàng)提供了重要支撐。

圖1 重型運(yùn)載火箭箭體主要結(jié)構(gòu)件

    研制成功重載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用耐高溫密封件液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)以液態(tài)氧和煤油為動(dòng)力，比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)效能提高了15~20%，而且安全環(huán)保，是我國(guó)新一代長(zhǎng)征系列重載火箭的主力發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪端軸密封零部件，運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、壓力大、對(duì)材料的高溫強(qiáng)度、耐磨性能要求非常高。中南大學(xué)克服了銅和石墨比重差異大，易偏析的難題，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行了全面優(yōu)化，形成了高均勻混合、超高溫致密化等關(guān)鍵技術(shù)，成功制備多批次的120噸級(jí)大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用密封件，通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)考核。2015至2016年，粉末冶金銅/石墨密封環(huán)材料先后在新一代長(zhǎng)征6號(hào)、長(zhǎng)征7號(hào)和長(zhǎng)征5號(hào)三種大推力運(yùn)載火箭上成功應(yīng)用，受到了航天部門的嘉獎(jiǎng)。

    為大飛機(jī)提供了機(jī)輪剎車系統(tǒng)制造的關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品

    C919大飛機(jī)是我國(guó)增強(qiáng)國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的重大專項(xiàng)工程，機(jī)輪剎車系統(tǒng)是飛機(jī)起落安全保障的關(guān)鍵。針對(duì)C919大飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)“材料與結(jié)構(gòu)的可靠性問(wèn)題”和“材料與系統(tǒng)的匹配性問(wèn)題”兩大技術(shù)難題，中南大學(xué)突破了飛機(jī)機(jī)輪高強(qiáng)鋁合金輪轂均質(zhì)制備、長(zhǎng)壽命高可靠性剎車材料制備、材料與系統(tǒng)優(yōu)化集成三大技術(shù)瓶頸，為C919大型客機(jī)獨(dú)家提供了機(jī)輪剎車系統(tǒng)系列關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了C919機(jī)輪剎車系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化，為我國(guó)首架大型客機(jī)成功試飛提供重要支撐。

圖2  C919大飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)

    突破了船用電機(jī)轉(zhuǎn)子超厚高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金互連及異種銅合金密封連接用超聲攪拌摩擦焊關(guān)鍵技術(shù)

    船用電機(jī)超厚高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金轉(zhuǎn)子、異種銅合金構(gòu)件的低電阻率、大熔深結(jié)構(gòu)焊接是亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)。中南大學(xué)發(fā)明了首臺(tái)超厚銅合金超聲攪拌摩擦焊接專用裝備與工藝技術(shù)，突破了電機(jī)轉(zhuǎn)子焊縫無(wú)損檢測(cè)以及缺陷補(bǔ)焊關(guān)鍵技術(shù)，首次將電機(jī)轉(zhuǎn)子相關(guān)構(gòu)件用超聲攪拌摩擦焊連接，解決了異種銅合金高溫焊接導(dǎo)致弱化性能等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了船用大型電機(jī)轉(zhuǎn)子、超厚銅合金的大焊深、低電阻率、高強(qiáng)度連接，使電機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條連接電阻降至常規(guī)焊1/10，大幅提升了電機(jī)性能，此轉(zhuǎn)子已成功應(yīng)用于船舶，中南大學(xué)已成為國(guó)內(nèi)唯一為船舶產(chǎn)品銅合金構(gòu)件提供超聲攪拌摩擦焊接的技術(shù)研發(fā)基地，為我國(guó)新型船舶研制提供了性能升級(jí)的變革性技術(shù)。

圖3 超聲攪拌摩擦焊接新工藝與典型件

    開發(fā)了重要航空航天用高性能新材料

    高品質(zhì)大規(guī)格鑄錠、高性能鋁合金厚板/型材是航空航天關(guān)鍵承力構(gòu)件制造所需的重要基礎(chǔ)材料，大鑄錠成分偏析、厚板/型材性能低一直是國(guó)產(chǎn)化材料制備存在的主要難題。中南大學(xué)突破了鋁合金合金成分優(yōu)化、微觀組織調(diào)控、纖維狀結(jié)晶相調(diào)控、超聲外場(chǎng)輔助調(diào)控鑄錠宏微觀均勻性等關(guān)鍵技術(shù)，在中南大學(xué)成功制成Ø1380×3600mm2219鋁合金、Ø630mm和Ø830mm系列2A14鋁合金高品質(zhì)鑄錠，為我國(guó)重型運(yùn)載火箭等特種超大型結(jié)構(gòu)件批量制造提供了材料保證；中南大學(xué)與東輕公司、北京有色院、北京航材院等單位合作，突破了超強(qiáng)7XXX鋁合金主成分優(yōu)化、多級(jí)熱處理等關(guān)鍵技術(shù)，研制成功綜合性能達(dá)到服役要求的大飛機(jī)上翼壁板用超強(qiáng)7XXX鋁合金長(zhǎng)厚板；中南大學(xué)聯(lián)合航天一院、青海國(guó)鑫鋁業(yè)等公司協(xié)同攻關(guān)，突破了細(xì)晶均質(zhì)低偏析鑄錠制備、強(qiáng)塑性流變與熱處理協(xié)同調(diào)控性能等關(guān)鍵技術(shù)，成功制備了高性能7A99鋁合金型材，機(jī)械性能極限強(qiáng)度＞650MPa，屈服強(qiáng)度＞610MPa，延伸率＞13%，為Ø10m級(jí)火箭超高強(qiáng)部段對(duì)接環(huán)框提供了高品質(zhì)基礎(chǔ)材料。

圖4 航空航天用高性能基礎(chǔ)材料

    中南大學(xué)有色金屬材料/構(gòu)件研究團(tuán)隊(duì)面對(duì)新時(shí)代的新挑戰(zhàn)，針對(duì)國(guó)家重大戰(zhàn)略工程對(duì)材料/構(gòu)件極端服役性能的需求，與合作伙伴協(xié)同創(chuàng)新、突破瓶頸，搶占制高點(diǎn)，不斷創(chuàng)造新技術(shù)，支持國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)制勝。

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