项目编号932-2019-J005
项目名称增材制造用高性能金属粉末制备关键技术及其应用
候选单位北京机科国创轻量化科学研究院有限公司
河北敬业增材制造科技有限公司
中煤北京煤矿机械有限责任公司
候选人王淼辉 葛学元 杜博睿 范 斌 陈蕴博 刘恒三 郭瑞峰 汪 鹏 张觉灵 张 华
项目简介    金属增材制造技术被广泛视为制造业领域一项革命性的技术,目前主流增材制造工艺均采用金属粉末作为其生产原料,粉末品质对增材制造产品品质有决定性的影响,由于水雾化、旋转电极等制粉技术产品品质差或制备效率低,真空惰性气体雾化制备技术成为目前主流的工艺方法。国内制粉行业进口设备存在设备价格高、生产效率低等不足,而国产设备存在雾化成粉率低、品质差等问题,导致国内增材制造领域原材料严重依赖进口,同时材料体系不健全、应用标准缺失,延缓了我国增材制造技术产业化进程。 本项目从增材制造用高性能金属粉末材料及其关键制备技术着手,攻克雾化过程关键技术难题,有效解决了上述问题,形成了三大技术创新: (1)揭示增材制造用金属粉末材料设计机理,创新粉末材料控形控性设计原则。明确了合金元素对制件强度、硬度、韧性、热稳定性等的影响规律,设计合金成分及元素配伍,控制成形过程相变和热应力,开发出三大系列(铁基、镍基、钴基)十余种金属增材制造专用材料。 (2)创新气雾化制粉环缝喷嘴气流道型面设计方法及导流系统耦合技术,设计出满足不同粉末粒度制备需求的系列化气雾化喷嘴。基于气动力学理论,采用一维等熵流、特征线方法等构建气流道型面设计方程,求解出制备不同金属粉末粒径所需的气流道型面坐标,并在国际上首次实现与导流系统耦合,设计开发出系列化雾化系统。 (3)研制了具有自主知识产权的全球最大的500kg真空气雾化制粉装备。在自主研发系列化气雾化制粉装备基础上,发明了双(多)中间包保温及导流系统,解决了大容量合金一次性雾化难题。 2019年,中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定会意见认为:“成果总体技术达到国际先进水平,研发的气雾化系统及其成粉率等达到国际领先水平。” 本项目已授权国际发明专利2件,国家发明专利12件,实用新型专利11件,发表论文32篇,制定国家标准2项,获得国家重点新产品、北京市自主创新产品认证,获中国专利优秀奖并获金奖提名1项。项目成果已在航空航天、汽车、煤炭等行业得到应用,取得直接经济效益超5亿元;成功竞标德国Audi集团、Hermle公司高品质粉末主供应商,出口超700万美元。 依托项目成果,在河北敬业建立了我国首个全流程3D打印智能工厂,推动了京津冀协同发展。联合中煤北京煤机建立超高速激光熔覆全流程生产线,打造了首都绿色制造示范工程。研发的金属粉末及3D打印产品出口至德国、韩国、新加坡等国家,增强了中国增材制造行业的国际影响力。

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