沈阳材料科学国家研究中心-新工艺

访问中心新闻研究成果人员搜索加入我们 ENGLISH

首页>科学与发现>新工艺

科学与发现

特种不锈钢焊材研制及其在首台钠冷示范快堆获得应用

开发新型四代核能系统，是核能发展的重要方向，也是实现“双碳”目标的重要组成部分。围绕国家重大科技专项“CFR600钠冷示范快堆”建设需求，研制了四代钠冷快堆专用不锈钢焊材ER316H(KD)。

重大科学装置异质材料焊接技术研究

磁约束核聚变是利用强磁场这一“磁容器”来约束高温等离子体，进而将其加热至上亿度以维持连续的热核反应。磁约束聚变堆使用的材料种类繁多，涉及大量异质材料焊接。高温、等离子体束流溅蚀等恶劣服役工况对聚变堆异质材料焊接提出了极其严苛的可靠性要求。然而，成分、物化性能差异巨大的异质材料焊接一直是限制其工程化应用的最大瓶颈。

氮化硼基复合材料的多层次设计与航天电推进腔体构筑

基于氮化硼陶瓷基复合材料成分和微结构的多层次设计与大尺寸构件制备技术研究，发展出原位构筑氧化硅、稀土硅酸盐、稀土铝硅酸盐玻璃等增强相的氮化硼基复合材料，发现了复合材料“共增强”和“双玻璃相增强”等新机制，解决了典型氮化硼材料强度低、抗热震差、耐等离子体刻蚀弱等难题，研制的复合材料首次配套完成了卫星用霍尔电推进在轨飞行演示验证任务，使我国继俄、美、欧之后第四位独立掌握了该推进技术，并在后续多个重大航天计划的卫星上实现应用；为了进一步满足空间站对电推进系统的需求，在成分和微结构调配、大尺寸材料制备、材料均质化和质量稳定性控制等方面开展了大量工作，材料核心性能大幅领先国内其他高校、院所和美国同类产品。

稀土轴承钢超高周疲劳断裂机制研究

轴承是机械装备的核心零部件，接触疲劳破坏为其服役失效的主要形式。由于轴承的疲劳失效主要起源于非金属夹杂物，轴承钢中非金属夹杂物的优化控制至关重要。先进钢铁材料研究部自主开发了高纯稀土金属制备技术和高洁净轴承钢稀土处理技术，制订了轴承钢稀土处理生产工艺规范，显著细化、改性了钢中的夹杂物，突破了以往稀土处理存在的水口结瘤和性能波动的技术瓶颈，实现了高质量稀土轴承钢的稳定工业化生产。稀土处理能够变质轴承钢中存在的大尺寸夹杂物形成细小的稀土夹杂物，进而提升轴承钢的疲劳性能，其超高周拉压疲劳寿命延长10倍以上。在疲劳加载条件下，常规的氧化铝夹杂物附近组织中易于形成胞状亚结构和微裂纹，而硬脆性较低的稀土夹杂物能够协调基体的变形，缓解夹杂物与基体界面处的应力集中，迟滞基体中位错亚结构的演化和微裂纹的萌生。同时，小尺寸稀土夹杂物协调变形降低了裂纹扩展的驱动力，马氏体基体中位错演化和裂纹扩展通道形成缓慢，细晶区得以充分发展，从而抑制裂纹扩展，延长疲劳寿命。相关研究从微观组织演化和细晶区形成角度阐明了稀土轴承钢的超高周疲劳断裂行为及其疲劳性能改善的机制。

百吨级不锈钢环构筑成形

2019年3月12日，利用中国科学院金属研究所国际首创的金属构筑成形技术，世界最大无焊缝奥氏体不锈钢整体环形锻件在济南成功轧制。该环件直径达15.6米，重达150吨，首次实现了百吨级金属坯分级构筑成形，这也是目前世界上直径最大、重量最大的整锻式不锈钢环形件。

米级单壁碳纳米管薄膜的连续制备及全碳电路构建

高质量、大面积碳纳米管薄膜的制备是制约其器件应用的关键瓶颈。通常的湿法分散、成膜工艺不可避免地带来杂质和缺陷，并导致器件性能劣化。为此，我们发展了一种连续合成、沉积和转移单壁碳纳米管薄膜的技术方法，实现了米级尺寸高质量单壁碳纳米管薄膜的连续制备，并利用其构建出高性能的全碳薄膜晶体管（TFT）和集成电路（IC）器件。采用浮动催化剂化学气相沉积方法在反应炉的高温区域连续生长单壁碳纳米管，然后通过气相过滤和转移系统在室温下收集所制备的碳纳米管，并通过卷到卷转移方式转移至柔性PET基底上，获得了长度超过2 m的单壁碳纳米管薄膜。对该过滤沉积过程进行流体仿真，其结果表明当调节出气口速度使抽滤过程处于平衡状态时，该过滤系统中的气流呈现出均匀的气流速度分布。

氧化石墨烯的绿色高效制备与功能薄膜应用

由于含氧官能团的存在，氧化石墨烯具有水溶性、易于组装和官能化等特点，在分离膜、高强纤维、催化、储能、复合材料等领域具有重要应用前景。然而，现有制备方法一般基于石墨与浓硫酸、高锰酸钾等大量的复合强氧化剂的反应来实现，不仅存在爆炸的风险，而且污染严重、反应周期长。

部分碳包覆Co催化剂可控生长窄带隙分布的半导体性单壁碳纳米管

单壁碳纳米管（SWCNT）因碳原子的排布方式不同可表现为金属性或半导体性，其中半导体性单壁碳纳米管具有纳米尺度、良好的结构稳定性、可调的带隙和高载流子迁移率，被认为是构建高性能场效应晶体管的理想沟道材料，并有望在新一代柔性电子器件中获得应用。然而金属性和半导体性SWCNT的结构差异细微，通常制备得到的碳纳米管中含有约三分之一金属性和约三分之二半导体性SWCNT，这种不同导电属性SWCNT的混合物难以用于高性能电子器件的构建。故高质量半导体性SWCNT的可控制备是当前碳纳米管研究的重点和难点。

新概念钢铁大铸坯

钢铁大铸坯是重大装备的基础母材，其品质决定最终产品质量。我国钢铁大铸坯的宏观偏析、缩孔疏松和夹杂物等缺陷严重，导致各种关键构件合格率低、质量稳定性差。

原子尺度的结构信息为提高不锈钢的抗点蚀能力提供了新途径

固体原子像研究部马秀良研究员、张波副研究员、郑士建博士以及博士生周杨韬等人组成的“不锈钢点蚀”研究小组利用高分辨率的透射电子显微技术，发现MnCr2O4纳米八面体是加速不锈钢点蚀形核初期硫化锰局域溶解的原因。在此基础上，他们提出的提高不锈钢抗点蚀能力的新方法有望以简捷、高效、低成本的形式在工业生产中得到广泛应用。

离子液体与纳米碳的主客体型催化材料

离子液体是一种由离子组成的液体，其极性、亲脂性、亲水性、催化活性等可以通过阳离子和阴离子的改变而进行调变，因此也常被称为“可设计的溶剂”。

由Co@C纳米胶囊到高催化性能 Co3O4纳米颗粒的演化

贵金属在众多催化反应中体现出优异性能，但由于其成本高昂，使得贵金属替代研究成为国际催化领域的重要发展方向之一。根据已掌握的反应机理，利用新颖的材料合成方法制备富含活性中心的过渡金属纳米结构，可降低关键步骤能垒、提升反应速率，在较低反应温度和压力下获得较高的反应活性和目标产物选择性使其具有接近或超越贵金属的催化性能，替代高成本的贵金属。

梯度纳米结构（GNS）316L不锈钢的疲劳行为

疲劳性能是工程结构材料的重要使役性能。将金属材料晶粒细化为超细晶或者纳米晶，可提高其应力控制条件下的高周疲劳性能，但往往降低其应变控制条件下的低周疲劳性能。这主要是当晶粒细化到亚微米或纳米级别后，一方面材料的强度将大幅度提高，进而抑制疲劳过程中裂纹的萌生并提高其高周疲劳性能；另一方面材料的塑性降低，造成应变控制循环加载下低周疲劳寿命降低。

大尺寸高质量二维Mo2C超导晶体

自2004年石墨烯被发现以来，探寻其他新型二维晶体材料一直是本研究领域的前沿。过渡族金属碳化物（Transition metal carbides, TMCs ）是一大类具有新奇特性和应用的材料家族，它结合了陶瓷和金属的特性，在电子、催化、储能等领域有着广泛的应用。高质量二维TMC的制备是研究TMC在二维极限下新物理和新物性的基础，然而已有方法只能得到功能化的二维TMC纳米片，这些材料片层尺寸在数纳米到数微米之间，并且存在大量的缺陷和官能团。

面向公众

面向研究人员

面向学术界

面向企业界

中华人民共和国科学技术部

中国科学院

国家自然科学基金委员会

中国科学院金属研究所

The Minerals, Metals & Materials Society

Materials Research Society

ASTM international

Web of Science

ScienceDirect

Developed by SYNL. Copyright © 沈阳材料科学国家研究中心. 辽ICP备05005387号-9