轻质合金材料的电解制备及连接技术研究

课题组针对河南省铝合金产业大省和中原经济区发展的需要，系统开展了高性能铝合金的直接电解制备技术和轻质合金材料的同质和异质连接技术研究，取得了一系列具有重要技术应用前景的研究成果。

（1）自主研制了可以用于直接电解制备铝合金的小型电解槽，利用直接电解过程中电场、磁场和温度场的综合效应，在电解过程中实现了铝合金的Ti、Zr、Er、Sc、Re合金化处理，成功开发出具有良好力学性能的电解低钛铝合金、Al-Zr-Re高强耐热铝合金和高性能Al-Cu-Ag-Li-Sc铝合金。

（2）通过开展电解槽节能降耗技术研究，开发出了异形阴极、阴极挡铝墙、侧帮温度控制等关键技术。目前，电解法制备铝合金已经在登封电厂集团铝合金有限公司形成了年产2万吨的生产能力，年产值近4亿元。异形阴极和挡铝墙技术已经在商丘铝厂获得实际应用。

（3）与第二炮兵工程大学联合研发的低含量短碳纤维增强Al-Cu-Ag-Li-Sc铝合金，在保证碳纤维对铝合金增强效应的同时，避免了传统复合材料高密度缺陷的影响，有效保证了材料的弹性模量、密度、致密度和加工性能的协同配合。经我国空空导弹研究检测，所制备的合金强度在550-600 MPa之间，弹性模量在80-90 GPa之间。实际考核表明所开发的低含量碳纤维增强Al-Cu合金材料尺寸稳定较对比材料（目前使用的2024合金）的尺寸稳定性提高了90%。相关材料已在定型的我国某最新型号战略武器中得到应用。

（3）根据铝、镁合金的物理性能特点及其对粘接性能与防腐性能对表面薄膜性能和厚度的不同需求，开发了新型的无铬表面预处理工艺，在保证铝、镁合金接头具有高的接头强度的同时，实现了良好的腐蚀抗力。目前已经开发出新型镁合金表面粘结处理技术，所开发的涂层技术绿色无污染，所制备的磷化物涂层与镁合金基体具有良好结合强度高和环境退化抗力。经新型镁合金表面粘结处理技术处理后，镁合金板材耐蚀性能提高13%，板材粘接后的初始剪切强度提高18%，在3.5% NaCl浸蚀200小时后的剩余强度提高13%。根据不同材料的变形行为和性能特点，研究了材料的变形性能与铆接性能之间的关系，探索了实现不同变形能力材料协调变形新技术，开发出新型自冲铆接工艺、粘结工艺和新型铆钉、铆模和焊头材料，实现了不同变形性能异质材料间的协调变形和高强度结合。所开发的镁合金板材的自冲铆接和摩擦搅拌铆接技术，不但有效避免了板材接头的铆接裂纹，而且接头具有良好的机械互锁和很高的铆接强度。所制备的2mm镁合金板材的自冲铆接接头强度与1.8 mm Al + 1.2 mm钢板的自冲铆接接头接近，自冲铆接与粘接的复合接头强度与1.2 mm DP600双相钢的点焊接头的强度相当。疲劳性能与1.2mmDP600双相钢的点焊接头的疲劳强度相当。在该方向已经与美国通用汽车公司建立了长期、紧密的产学研合作关系，相关技术创新成果有望在新型汽车制造中得到应用。

此外，该课题组还与南京钢铁股份有限公司建立了长期、紧密的产学研合作关系，基于人工神经网络的大变形钢管工艺参数与性能关系问题研究的项目成果，已经推广应用于我国海底钢管的工业生产中，取得了显著的社会和经济效益。