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专家信息 科学研究 论文专著 荣誉奖励 成果介绍

专家信息

王尔德 男 1943年12月25日生 中共党员。

1968年毕业于北京航空航天大学金属材料专业 。

现任哈尔滨工业大学材料学院材料工程系教授,博士生导师。曾担任哈工大系副主任、副院长、哈工大工业技术研究常务副院长等职。1996年曾获航天总公司“劳动模范”,1997年获航天工业总公司“航天奖”荣誉称号。1994~1997年曾担任921载人飞船空间环境模拟设备大型空间环境真空容器研制项目负责人,为我国神舟飞船做出重大贡献。为此2004年1月荣获国家人事部、总装备部、国防科工委授予的“中国载人航天工程突出贡献者奖”。

社会兼职:

现任中国机械工程学会理事;中国机械工程学会粉末冶金分会主任委员;粉末冶金技术期刊编委;粉末冶金工业期刊副主编;中国有色金属学报编委;材料科学与工艺期刊副主任委员。

科学研究:

一直从事粉末塑性成形理论与工艺研究,纳米晶金属材料制造技术研究,难变形材料塑性加工研究,开辟了以粉末机械合金化和塑性致密成形为特色的研究方向,在亚微晶、纳米晶、非晶粉末制备和致密工艺及热稳定性研究,在储氢材料,TiAl金属间化合基合金;纳米晶复相磁性材料;固相不互溶的W-Cu和Cu-Cr电极材料;高密度钨合穿甲弹芯材料;镁合金板材料制造新技术研究;连续纤维增强复合材料等领域研究取得较大进展,有些已达到中试生产技术研究阶段。在这些研究领域发表学术论文150余篇,培养了三十几名硕士和十几名博士。1986~1997年其间曾获省部级科技进步一等奖3项,二等奖3项,三等奖1项,2001年获国家科技进步二等奖1项和国防科工委科技进步一等奖1项。已申报国家发明专利10项,目前获批准4项。

曾承担和完成多项国家自然科学基金,国防基金和省部级重大项目,如超高应变对2024铝合金组织结构影响,TiAl基合金粉末致密化成形研究,高比重钨合金穿甲弹芯热静液挤压工艺研究,镁基纳米晶储氢材料研究等。

目前取得的主要技术研究成果如下:

1、钨合金穿甲弹芯高温热挤变形强化及精密形成93W合金,强度达到1400MPa以上,延伸率达到8~10%以上,已用于生产。

2、固相不互溶W-Cu和Cu-Cr材料研究,如W-35Cu合金电极材料,导电率达到40MS·m-1,硬度达到HB200。亚微晶Cu-15Cr电阻焊电极材料抗拉强度670~720MPa延伸率15~20%,600~800℃下硬度HV:130~170,导电率67~70IACS%。

3、亚微米级TiAl基合金研究,其组织见图1晶粒大小在300~500nm。密度3.92g/cm2。室温压缩强度560 MPa,压缩率17%。600℃下压缩强度1050MPa,压缩率50%。800℃下强度620 MPa ,压缩率75%。 300nmm 100nmm a) 再结晶晶粒 b) α2+γ层片区及SADP

图1 TiAl基合金组织

4、纳米晶镁基储氢材料研究,主要性能指标达到国际最好水平,吸氢性能:200℃2.0MPa氢压下60秒吸氢量达到6.3~6.5Wt%.放氢性能:300℃0.1 MPa氢压下450秒吸氢量达到6.3~6.5Wt%.300℃下PCT曲线平台压高于0.15MPa。并研制成kg级蓄热储氢装置。

5、采取充氢反应机球磨,脱氢处理已制取纳米晶复相Nd2Fe14B/α-Fe永磁粉末,α-Fe晶粒尺寸在30nm左右,Nd2Fe14B晶粒在40nm左右, 见图2

 

图2纳米晶Nd2Fe14B/α-Fe永磁粉末组织形态

6、近年来从事镁合金塑性加工新技术研究,在镁合金板材、管材、丝材、棒材研究上取得重大突破,可能为大批量挤压和轧制镁合金寻找到新工艺途径,AZ31微晶镁合金板材,强度达250 MPa以上。延伸率20%以上。型材、棒材、丝材的бb250~270MPa延伸率≥20%。ZK61镁合金板材退火状态бb≥300MPa,б≥26%,新的镁合金塑性加工新技术具有生产效率高,成本低,性能优异等特点,为后续二次塑性加工成形奠定基础。为镁合金塑性加工成材寻找到一条新的途径。

上述研究成果可进行技术开发进入产业。

通讯地址:哈尔滨工业大学166信箱150001

电话:0451—86412064 联系人:慕杰

电子邮箱:mujie_02@163.com

论文专著:

1. 粉末体的屈服准则 任学平 王尔德 霍文灿 粉末冶金技术 1992年 第01期

2. 铝合金压力凝固组织特征 梁国宪 王尔德 何绍元 霍文灿 兵器材料科学与工程 1992年 第01期

3. 用简单拉伸试验测量材料热力学参数的一种尝试 任学平 王先进 王尔德 霍文灿 实验力学 1992年 第01 期

4. 铁粉末体的高温塑性变形 任学平 王尔德 霍文灿 装备环境工程 1992年 第04期

5. 机械合金化Al-Ce非晶态合金 梁国宪 王尔德 霍文灿 张群 中国稀土学报 1993年 第02期

6. 机械合金化制备Al-La非晶合金 梁国宪 王尔德 李志民 中国稀土学报 1993年 第04期

7. 机械合金化能量转换与Ni_(50)Ti_(50)非晶合金的形成 梁国宪 王尔德 霍文灿 材料研究学报 1993年 第06期

8. 机械合金化合成Ni-Mo合金 梁国宪 王尔德 霍文灿 金属学报 1993年 第06期

9. 球磨条件对机械合金化粉末粒度的影响 梁国宪 王尔德 王永前 李志民 粉末冶金技术 1993年 第01期

10. 机械合金化Al-10Fe-4Ni粉末体组织特征 王尔德 王永前 梁国宪 宋广生 刘旭华 粉末冶金技术 1993年 第03期

11. 钢的稳定过热与不稳定过热 吕炎 王尔德 大型铸锻件 1980年 第02期

12. 钢液态模锻金相组织的特征 彭其凤 张德芳 王玉文 高敏 罗守埥 王尔德 山东大学学报(工学版) 1982年 第04期

13. 关于高速钢粉末锻件质量问题的研究 王尔德 裴跃忠 锻压技术 1982年 第01期

14. 高速锤锻造对1Cr13动叶片组织和性能的影响 王真 吕炎 王尔德 姜秋华 刘德福 陈贵芹 材料科学与工艺 1983年 第04期

15. 提高低碳钢液态模锻件塑性指标的试验研究 罗守请 王尔德 彭其凤 霍文灿 锻压技术 1983年 第02期

16. 液态模锻余热淬火 彭其凤 王尔德 罗守清 孙宗玉 新技术新工艺 1984年 第01期

17. 灰口铸铁压力下凝固的金相组织特征 罗守靖 彭其凤 王尔德 霍文灿 铸造 1985年 第01期

18. 中碳钢液态模锻件的组织与性能 王尔德 罗守情 霍文灿 航天制造技术 1985年 第02期

19. 长轴类LD10液态模锻工艺试验研究 迟学志 罗守清 王尔德 刘瑞民 霍文灿 CMET.锻压装备与制造技术 1985年 第03期

20. 铸铁阀盖液态模锻工艺 罗守清 王尔德 霍文灿 马纯先 孙宗玉 CMET.锻压装备与制造技术 1985年 第 03期

21. 大型钢质杯形液态模锻的试验研究 罗守清 王尔德 张镜生 霍文灿 装备环境工程 1985年 第02期

22. 金属粉末塑性变形致密化过程的试验研究 王尔德 霍文灿 涂光纯 张连洪 材料科学与工艺 1985年 第 01期

23. 粉末装套锻造高速钢—45号钢复合刨刀片工艺的试验研究 王尔德 张连洪 霍文灿 裴跃忠 张人恒 粉末冶金技术 1986年 第03期

24. 粉末多孔体的塑性泊松比与致密化方程 王尔德 张连洪 霍文灿 粉末冶金技术 1987年 第01期

25. 液态模锻ZnAl4Cu3合金的组织特征 李贺军 张锦升 罗守靖 王尔德 热加工工艺 1989年 第04期

26. 材料变形抗力的能量解析原理 霍文灿 任学平 王尔德 梁国宪 李硕本 材料科学与工艺 1989年 第02期

27. 粉末体多阶段热变形过程的试验研究 任学平 王尔德 霍文灿 装备环境工程 1990年 第04期

28. 金属凝固过冷度与热物性参数的关系 梁国宪 王尔德 霍文灿 材料研究学报 1991年 第04期

29. 材料的基本物理量与机械性能 任学平 王先进 王尔德 霍文灿 王建国 装备环境工程 1991年 第01期

30. 波导弯头液态模锻工艺的试验研究 任学平 王尔德 赵春贵 陈文霞 现代机械 1991年 第03期

31. 粉末体屈服准则的实验验证 任学平 王尔德 霍文灿 王建国 锻压技术 1991年 第02期

32. 高能球磨制备非晶态合金研究的进展 梁国宪 王尔德 王晓林 材料科学与工程 1994年 第01期

33. 球磨条件对Ni-Ti粉末结构转变及机械合金化速度的影响 梁国宪 王尔德 材料研究学报 1994年 第04 期

34. 搅拌球磨过程中Ni-Ti粉末的组织变化与其塑性变形的关系 梁国宪 王尔德 王永前 李志民 粉末冶金技术 1994年 第02期

35. 机械合金化制备Ni-Mo非晶合金的研究 王尔德 梁国宪 方守狮 粉末冶金技术 1994年 第03期

36. 机械合金化技术在航空材料生产中的应用 李志民 梁国宪 王尔德 宇航材料工艺 1994年 第01期

37. 机械合金化合成Ni─Ti非晶态合金 梁国宪 王尔德 李志民 中国有色金属学报 1994年 第03期

38. Ni_(50)Ti_(50)非晶粉末在球磨时的稳定性 梁国宪 王尔德 王晓林 材料科学与工艺 1994年 第01 期

39. 机械合金化Mg-20wt%Ni的贮氢性能 王尔德 方守狮 梁国宪 王晓林 材料科学与工艺 1994年 第03期

40. WC-20(Fe/Co/Ni)硬质合金断裂韧性的一种测定方法和断裂模式研究 童国权 王尔德 何绍元 粉末冶金技术 1995年 第01期

41. 粘结剂成分对WC-20(Fe/Co/Ni)硬质合金力学性能和显微组织的影响 童国权 王尔德 何绍元 粉末冶金技术 1995年 第04期

42. 机械合金化Al-Fe-Ni粉末热静液挤压致密工艺研究 李志民 梁国宪 王尔德 霍文灿 宇航材料工艺 1995年 第02期

43. 机械合金化Al-Fe-Ni亚微晶合金的性能及热稳定性 李志民 梁国宪 李志超 王尔德 中国有色金属学报 1995年 第04期

44. 机械合金化过程中粉末变形与形成复合粉的工艺条件 王晓林 梁国宪 王尔德 霍文灿 材料科学与工艺 1995年 第03期

45. 液态模锻件表面粗糙度及收缩率的研究 韩飞 王尔德 陕西工学院学报 1995年 第01期

46. 机械合金化Cu-5Cr合金的组织性能研究 张国锋 李志民 王尔德 梁国宪 粉末冶金技术 1996年 第03期

47. 机械合金化Al-Ti合金的力学性能 李志超 梁国宪 王尔德 宇航材料工艺 1996年 第06期

48. 焊接工艺对不锈钢模拟试件焊接变形的影响 顾福明 高进强 钟国柱 田锡唐 王尔德 潘国伟 航天工艺 1996年 第06期

49. 杯形件液态模锻脱模力的试验研究 韩飞 王尔德 锻压技术 1997年 第03期

50. 机械合金化 MgNiCu 合金贮氢性能的研究 李金平 王晓林 王尔德 兵器材料科学与工程 1997年 第05期

51. Plastic Deformation of Powders Aggregates Sprayed on a Hard Ball Under Impact of Another Hard Ball 刘祖岩 王永前 梁国宪 王尔德 哈尔滨工业大学学报(英文版) 1997年 第02期

52. 平面纯剪切大变形应变分析 刘祖岩 梁国宪 王尔德 王仲仁 塑性工程学报 1997年 第01期

53. 压扭应变分析及计算 刘祖岩 梁国宪 王尔德 塑性工程学报 1997年 第02期

54. 亚微晶2024铝合金的制备及组织性能研究 王尔德 李志民 李志超 张国锋 塑性工程学报 1997年 第03 期

55. 等径侧向挤压应变分析 刘祖岩 王尔德 王仲仁 材料科学与工艺 1998年 第02期

56. 第四组元对机械合金化MgNiCu合金贮氢性能的影响 李金平 王晓林 王尔德 材料科学与工艺 1998年 第 02期

57. Cr-Cu触头粉末包套镦粗变形致密化的工艺研究 田文彤 王尔德 金属成形工艺 1998年 第06期

58. 等径侧向挤压等效应变分布的有限元模拟 刘祖岩 刘钢 王尔德 哈尔滨工业大学学报 1999年 第03期

59. 相贯线焊缝纵向收缩对法兰平面影响的数值分析 董丕明 顾福明 高进强 王尔德 田锡唐 焊接学报 1999年 第02期

60. 工艺参数对静液挤压2024铝合金纳米晶组织性能的影响 胡连喜 李志民 王晓琳 王尔德 中国有色金属学报 1999年 第S1期

61. 机械合金化Cu-5%Cr合金的制备及其组织性能的研究 胡连喜 王尔德 粉末冶金工业 1999年 第03期

61. 纳米晶复合物Mg-Ni-Cr_2O_3的吸放氢性能 于振兴 王尔德 刘祖岩 线恒泽 中国有色金属学报 2002年 第04期

62. 镁基储氢材料的研究进展 房文斌 张文丛 于振兴 王尔德 中国有色金属学报 2002年 第05期

63. 机械球磨对Ti/Al混合粉末组织和热稳定性影响的研究 李小强 胡连喜 王尔德 材料科学与工艺 2002年 第01期

64. MgNiCu-CrCl_3充放氢性能及充氢过程中的“引燃”问题 于振兴 王尔德 刘祖岩 材料科学与工艺 2002 年 第02期

65. 挤压变形对SiC_w/ZK51A镁基复合材料组织和性能的影响 胡连喜 李小强 王尔德 丛飞 中国有色金属学报 2000年 第05期

66. 液态浸渗后直接挤压铝基复合材料的力学性能 姚佳岩 胡连喜 王尔德 轻合金加工技术 1999年 第03期

67. 等径侧向挤压变形载荷的有限元分析 刘祖岩 王尔德 王仲仁 塑性工程学报 1999年 第03期

68. MgNiCu合金贮氢电极的电化学性能的研究 李金平 王晓林 王尔德 兵器材料科学与工程 2000年 第01期

69. 机械球磨对Ti-Al复合粉扩散反应的影响 贺文雄 李小强 胡连喜 王尔德 材料科学与工艺 2000年 第04 期

70. 机械球磨对Ti-Al复合粉扩散反应的影响 贺文雄 李小强 胡连喜 王尔德 材料科学与工艺 2000年 第04 期

71. Ti-Al二元粉末机械合金化过程中组织结构的变化 李小强 胡连喜 王尔德 稀有金属材料与工程 2001年 第03期

72. 机械球磨与反应烧结制备TiAl基合金 李小强 胡连喜 王尔德 粉末冶金技术 2001年 第03期

73. Ti/Al二元粉末的机械合金化 李小强 胡连喜 王尔德 中国有色金属学报 2001年 第01期

74. CrCl_3对球磨Mg-Ni合金储氢性能的影响 于振兴 刘祖岩 王尔德 中国有色金属学报 2001年 第06期

75. 机械球磨Ti_(50)Al_(50)复合粉的压制特性 李小强 胡连喜 王尔德 中国有色金属学报 2001年 第S1期

76. 镁基复合材料(Mg-Ni-MO)的储氢性能 于振兴 刘祖岩 王尔德 材料研究学报 2002年 第03期

77. 机械合金化诱导固溶度扩展机制研究进展 王尔德 刘京雷 刘祖岩 粉末冶金技术 2002年 第02期

78. 机械合金化纳米晶材料研究进展 王尔德 胡连喜 粉末冶金技术 2002年 第03期

79. 粉末冶金法制备TiAl基合金 王尔德 李小强 胡连喜 粉末冶金技术 2002年 第05期

80. 纳米晶复合物Mg-Ni-V_2O_5储氢性能研究 王尔德 于振兴 刘祖岩 功能材料 2002年 第03期

81. 镁基储氢材料的研究进展 王尔德 雷正龙 于振兴 粉末冶金技术 2003年 第01期

82. 高能球磨Ti/Al复合粉体的反应烧结致密行为 王尔德 胡连喜 李小强 粉末冶金技术 2003年 第05期

83. 储氢材料性能测试装置设计及应用 张文丛 房文斌 罗念宁 于振兴 王尔德 中国有色金属学报 2003年 第03期

84. 机械球磨Cu-15%Cr复合粉末的致密化工艺研究 刘京雷 刘祖岩 王尔德 材料科学与工艺 2003年 第02期

85. 充氢球磨及脱氢处理对纳米Nd_2Fe_(14)B/α-Fe组织和性能的影响 王尔德 石刚 胡连喜 粉末冶金材料科学与工程 2005年 第03期

86. 添加碳纳米管镁基材料的储氢性能 于振兴 孙宏飞 王尔德 梁吉 房文斌 中国有色金属学报 2005年 第 06期

87. 镁基储氢材料颗粒尺寸对吸放氢动力学性能的影响 房文斌 张文丛 于振兴 王尔德 稀有金属材料与工程 2005年 第07期

88. 95W-5(Ni/Fe/Co)合金高温变形及影响因素 房文斌 王尔德 于洋 稀有金属材料与工程 2005年 第08期

89. 机械球磨法制备纳米复相Nd_2Fe_(14)B/α-Fe永磁材料的微观组织及磁性能 石刚 王尔德 胡连喜 郭斌 粉末冶金技术 2005年 第04期

90. 形变强化对93W-4.9Ni-2.1Fe合金组织及性能的影响 于洋 王尔德 胡连喜 张宝友 于杰 材料科学与工艺 2005年 第04期

91. 机械球磨制备Al-Pb合金 房文斌 贺文雄 王尔德 粉末冶金技术 2005年 第05期

92. W-35%Cu液相活化烧结工艺研究 杨成功 王尔德 于洋 李春峰 粉末冶金工业 2003年 第05期

93. 创维有最后一劫——“劫后余生”危机公关环环相扣 王尔德 东方企业文化 2005年 第05期

94. 热挤压工艺对AZ31镁合金晶粒大小及性能的影响 王晓林 于洋 梁书锦 王尔德 材料科学与工艺 2005年 第06期

95. 高强度导电铜基材料的研究现状与发展前景 刘京雷 阮锋 王尔德 刘祖岩 材料导报 2005年 第07期

96. 高能球磨Ti/Al粉末挤压固结致密过程数值分析 李小强 李元元 龙雁 胡连喜 王尔德 中国有色金属学报 2003年 第06期

97. 95W-5(Ni/Fe/Co)合金的低温显微组织和力学性能① 房文斌 王尔德 于洋 中国有色金属学报 2004年 第06期

98. 粉末冶金受电弓滑板材料的设计及其性能研究 郭斌 金永平 于斌 王尔德 机械工程材料 2004年 第03 期

99. 机械球磨与包套挤压制备Al-Pb合金 房文斌 贺文雄 王尔德 韩飞 孙志杰 材料科学与工艺 2004年 第 02期

100. 铅-铜复合丝包覆挤压研究 韩飞 孙宏飞 房文斌 贺文雄 王尔德 锻压技术 2004年 第04期

101. W-Ni-Fe系高密度钨合金形变强化工艺研究进展 王尔德 于洋 胡连喜 孙宏飞 粉末冶金技术 2004年 第05期

102. 机械球磨制备纳米晶Ni-30%Fe固溶体的研究 于洋 胡连喜 线恒泽 易剑 王尔德 粉末冶金技术 2004年 第06期

103. 高密度钨合金热静液挤压流动粘度的数值计算 房文斌 王尔德 胡连喜 于洋 郭银运 稀有金属材料与工程 2005年 第01期

104. 生活垃圾好氧堆肥微生物接种的初步研究 王光玉 陈雷 宣世伟 王尔德 环境科学与技术 2005年 第02 期

105. 镁基储氢复合材料放氢过程相转变速率研究 赵国亮 张文丛 房文斌 王尔德 粉末冶金技术 2005年 第 01期

106. 稀土永磁材料研究新进展 王尔德 石刚 郭斌 胡连喜 粉末冶金技术 2005年 第01期

107. 镁基材料储氢器的传质与传热研究 于振兴 张文丛 孙宏飞 房文斌 王尔德 梁吉 材料科学与工艺 2005 年 第01期

108. 机械球磨法制备纳米晶复相Nd_2Fe_(14)B/α-Fe永磁粉末 王迎 王尔德 粉末冶金材料科学与工程 2006年 第01期

109. 机械球磨与HDDR结合制备纳米晶Nd_(12)Fe_(82)B_6合金粉末及其组织特征 石刚 胡连喜 王尔德 稀有金属材料与工程 2006年 第04期

110. Pb-GF挤压包覆间隙的数值计算及实验研究 王尔德 吴少辉 孙宏飞 于洋 材料科学与工艺 2006年 第03期

111. 两种球磨方法对Nd_2Fe_(14)B/-αFe形成非晶和纳米晶效率的研究 王迎 王尔德 于洋 粉末冶金技术 2006年 第03期

112. 挤压制备纳米晶复相Nd_2Fe_(14)B/α-Fe永磁材料相对密度的研究 王迎 于洋 王尔德 胡连喜 粉末冶金技术 2006年 第04期

113. 纳米晶钨粉对液相烧结93W合金组织性能影响 于洋 王尔德 胡连喜 材料科学与工艺 2006年 第04期

114. AZ31镁合金在不同温度场挤压中的数值模拟 刘祖岩 许玮 王尔德 机械工程材料 2006年 第10期

115. 钨铜粉末材料烧结-挤压致密化研究 刘祖岩 于洋 王尔德 稀有金属 2006年 第S1期

116. Mg-3Ni-2MnO_2储氢材料本征吸放氢动力学性能研究 张文丛 刘鲁生 王召友 王尔德 稀有金属材料与工程 2007年 第02期

117. 热液静挤压93W-4.9Ni-2.1Fe合金显微组织与力学性能 于洋 王尔德 胡连喜 稀有金属材料与工程 2007年 第03期

118. 挤压方法的分类及侧向挤压的特点分析 刘祖岩 王尔德 哈尔滨工业大学学报 2007年 第03期

119. 高能球磨对3%C-Cu粉末压制特性的影响 金永平 郭斌 王尔德 中国有色金属学报 2007年 第09期

120. W-35% Cu粉末形变强化复合材料组织及性能研究 于洋 王尔德 刘祖岩 材料科学与工艺 2007年 第05 期

121. 纳米复相稀土永磁材料研究进展 王迎 王尔德 粉末冶金技术 2007年 第05期

122. 搅拌球磨制备纳米晶复相永磁粉末的微观组织和磁性能研究 王迎 王尔德 稀有金属材料与工程 2007 年 第09期

123. 大型圆柱壳体与法兰对接环缝焊接变形的数值分析 顾福明 高进强 钟国柱 田锡唐 王尔德 潘国伟 航空工艺技术 1997年 第03期

124. 亚微米晶Cu-5%Cr冷拉拔后的回复再结晶及热稳定性 贺文雄 王尔德 孙宏飞 于洋 陈晖 稀有金属材料与工程 2007年 第S3期

125. 3%C-Cu机械球磨复合粉末的热挤压致密化工艺 金永平 郭斌 王尔德 机械工程材料 2008年 第02期

126. 粉末热挤压制备纳米晶复相Nd_2Fe_(14)B/α-Fe永磁体 王迎 王尔德 稀有金属材料与工程 2008年 第 06期

127. 高能球磨Ti/Al复合粉体低温烧结膨胀开裂行为 李达人 于洋 王尔德 材料科学与工艺 2008年 第04期

128. 机械球磨3%C-Cu复合粉末的微观组织 金永平 郭斌 王尔德 材料科学与工艺 2008年 第05期

129. 退火处理对冷拉拔亚微米晶Cu-5wt%Cr合金组织与性能的影响 贺文雄 贾彬彬 王尔德 于洋 孙宏飞 陈晖 金属热处理 2008年 第12期

130. 高能球磨制备纳米晶镁合金粉末的研究 王珩 胡连喜 陈先觉 王尔德 粉末冶金技术 2008年 第06期

131. 亚微米晶Cu-5%Cr冷拉拔的组织与性能研究 贺文雄 于洋 王尔德 粉末冶金技术 2008年 第06期

132. 钨铜热变形致密化工艺及组织性能研究 于洋 李达人 王尔德 刘祖岩 李子睿 粉末冶金技术 2009年 第01期

133. W-40%Cu合金应力-应变曲线的测定与描述 苏新艳 刘祖岩 李达人 王尔德 粉末冶金技术 2009年 第02 期

134. 机械球磨对热挤压W-40Cu材料组织和性能的影响 李达人 于洋 刘祖岩 王尔德 稀有金属材料与工程 2009年 第04期

135. W-40%Cu热加工摩擦因子与换热系数测定 李达人 刘祖岩 于洋 王尔德 粉末冶金技术 2009年 第03期

荣誉奖励:

2004年.KM6项目组荣获”中国载人航天工程突出贡献集体奖”。

王教授本人获得了”中国载人航天工程突出贡献者奖”。

成果介绍一:

镁合金板带材产业化轧制新技术

一、项目

镁合金比钢轻约是钢密度的1/4~1/5,是铝合金的2/3。镁合金同体积质量与塑料相当。具有高的比强度,比刚度,良好的电磁屏蔽性能导电性能,耐冲击、阻尼性能。可再生回收,被誉为21世纪不污染环境的清洁金属结构材料。

资源要求:地球表面、盐湖、海洋中存在大量镁合金资源可供开采,形容镁资源丰富,比喻镁产业可干到“海枯不烂”。我国是镁资源大国,约占世界贮量的40%以上。

能源要求:由于镁合金具有与低碳钢相比的强度,轻质,用于飞机、汽车、列车等一切运载工具及建筑具有降低自身重量提高有效栽荷,具有节约能源优势,在当今能源紧张的情况下,发展镁合金产业是必然的选择。

环境要求:镁合金可以再生回收,再利润,不污染环境,工程塑料是石油化工产品,且很难再生和降解,用镁合金替代工程塑料是欧美等发达国家一直努力的方向。

人类生存环境要求:在当今通讯、家用电器越来越普及,电磁幅射越来越严重危害人类健康,电磁防护成为人们越来越关注的目标,采用工程塑料制做各种家用电器,计算机,通迅设备外壳无法防电磁幅射,而镁合金具有良好的电磁屏蔽性能,能有效的保护人类健康。镁还是人体必须的微量元素与Ca,k,Na,Za均属于人体不可缺少的元素。医用镁合金可以应用于医用介入与可消溶材料如心脏支架,骨拆固定钉、手术缝合线等。

镁合金可用于干电池,空气电器不仅容量高,而且不污染环境,镁电池被认为属于清洁电池。

从镁的资源丰富,环境友好,节约能源,对人体健康有利出发,人类社会发展镁产业早已获得全世界共识。

二、项目技术水平及成熟度

在当今世界大力发展镁产业及镁合金加工技术研究的热潮中,镁合金的铸造技术,防护技术研究已成熟,而且产业近十年来得到飞速发展。然而镁合金塑性加工技术研究进展缓慢,生产技术更是没有多大进展。任何一种金属材料,塑性加工技术的产业占70%以上,而铸造技术产业仅占20%~25%。这主要是镁及镁合金室温塑性加工困难成材率低,生产效率低,成本高,价格昂贵,制约了镁及镁合金产业发展。

镁合金板材是镁合金主要产品,由于镁合金热轧或冷轧生产效率低成材率仅有40%左右,均认为依靠现在热轧技术无法解决。因而全世界均在探索铸轧技术,虽然世界各国均有铸轧技术中试生产线,但十几年来均没有形成正式生产线。因此认为铸轧技术不可能解决镁合金板材大规模生产技术问题。

本项发明技术属于纯塑性加工的轧制新技术,具有生产效率高成材率高、成本低、性能好等优势,基本上解决了镁合金塑性加工生产技术所需求的轧制技术、挤压技术、拉拔技术。

镁合金板材轧制生产效率比传统热轧技术提高了一倍以上,成材率从原有40%左右提高到左右提高到70~75%。成本降低了一半,已接近钨合金板材轧制制造成本。且本项技术生产的镁合金薄板性能比传统技术的性能优越,镁合金板材塑性(延伸率)从传统的8~12%提高到20%以上。

本项发明技术已申报国家发明专利和国际发明专利,完全具有我国的自主知识产权。目前尚没有发现世界上有同类技术,已具有世界领先水平。

本项发明技术从工艺原理的研究已证明是完全正确的,具有坚实的工艺理论基础,实验室技术已研究完成,关键生产设备研制已基本完成,在实验室已研制成样机。生产线技术方案已确定。本项发明技术已具备了产业化技术水平,成熟度较高。

主要技术风险是关键生产设备的设计与制造,能否达到目的工艺要求。成熟度估计达到70~80%水平,任何发明技术要建立自主知识产权产业均有风险。凭几十年来研究及产业化经验认为,本项发明技术,完全可形成大规模生产技术,为镁合金塑性加工产业建立寻找到一条切实可行的生产技术途径。

三、市场前景预测

虽然镁合金板材目前尽用于航空航天领域。但近年来三C产品特别是笔记本电脑、计算机壳体、手机、数码相机开始广泛采用镁合金做壳体,全世界汽车工业均在开发应用镁合金板材,未来家用电器壳体只要价格合理也会广泛采用。

目前我国整个镁产业约77万吨,未来10年内镁合金薄板带板仅用三C产业大约需10万吨。汽车工业如果每辆轿车采用8公斤,约需8万吨。

从长远观点看,镁合金产业只要生产效率高,成材率高将成本降低接近铝合金制造成本就会形与铝合金产业规模一样大,甚至未会超过铝产业规模。

本项技术若产业化成功,建造一个年产值100亿经上企业集团是完全可能的。

四、本课题研制的产品

薄板轧制过程

 

 

0.4mm后镁合金薄板                                  轧制不同厚度板材

成果介绍二:

AZ31镁合金细晶细丝的拉拔工艺研究

根据镁合金室温塑性差,不能进行大塑性变形的特点,本课题在传统拉拔的基础上,适应镁合金的这种特性,制定了单道次小变形量、累积多道次拉拔的室温变形工艺,使两次再结晶退火之间的累积冷变形量达到60%及以上,等效真实应变达到ε≥0.9 ,实现了AZ31镁合金室温大塑性变形的突破,并制定了合适的后续再结晶退火,细化了平均晶粒尺寸,提高了综合力学性能。

目前,本课题的线材拉拔工艺主要有两种:

1)粗晶细丝的拉拔:

2)细晶细丝的拉拔:

再结晶退火工艺:1)为了提高实际生产效率,本课题制定的退火时间均低于1h;2)由于丝材直径的细化和平均晶粒尺寸的细化,再结晶退火温度和时间都有所降低,从250℃/30min逐渐降低为200℃/1min。

图 1 Φ0.1mmAZ31丝材宏观照片

图2:Φ2.0mm→Φ1.25mm过程中,(a)显微硬度和(b)拉伸强度随冷拉拔累积变形程度的变化图  

 

图3:显微硬度在等温退火过程中随退火时间的变化图  

图4:冷拉拔累积变形量61%的AZ31镁合金的静态再结晶动力学,符合JMAK方程:  

 

(a)                                                          (b)

 

(c)                                                                 (d) 

图5 Φ2.0mm→Φ0.1mm拉拔中显微组织的变化:(a)Φ2.0mm,d=10μm, (b)Φ1.25mm,d=10μm, (c)Φ0.4mm,d=10μm, (d)Φ0.1mm,d=10μm.  

 

(a)                                                          (b)

 

(c)                                                                 (d) 

图6 随拉拔累积冷变形程度的增加,(a)孪晶数量和宽度增加至变形程度达到30%以后,(b)孪晶数量逐渐降低,(c)宽度也逐渐降低,孪晶之间的相互反应也是孪晶数量减少的原因,随着变形量的再继续增加,(d)位错密度提高,为亚晶形核提供核点和激活能。  

成果介绍三:

塑性加工制高纯度镁合金可吸收血管支架简介

一、可吸收血管支架研究现状

介入治疗已成为医学领域重要分支,介入材料与人体组织相互作用研究,越来越引起人们的关注,所谓的人体组织是指血管、骨质、器官和体液等。特别是生物材料的出现,使这一领域成为最有发展前途的方向。然而金属材料在介入医疗中乃占有重要地位。

目前血管支架主要用不锈钢或钴铬镍合金制成。但是,这些材料对血管的副作用很大,易引起血管硬化,再窄狭。近年来发展的药物洗脱金属支架,由于其药物释放速度过快,仅能缓解一时,作用十分有限。因此发展可吸收或可降解支架成为当今热点课题。

目前已进入临床实验的可吸收心血管支架,主要有两类,一类为高分子材料,主要是聚乳酸类大分子链材料;一类为镁合金可吸收支架。聚乳酸类支架的强度低于镁合金支架的强度,聚乳酸类支架的血管再狭窄率约为25%,镁合金支架的血管再狭窄率不大于10%,然而这两类支架的强度与弹性模量均低于不锈钢材料。由于这两类支架可吸收无毒副作用,对血管功能没有有害影响。因此这两类支架被认为在不久的将来有望取代不可降解不锈钢或钴铬镍合金。

镁与钾、纳、钙、锌等是人体必须的有益微量元素,在心脏及心血管疾病冶疗过程中镁与钾盐是常用的药物。镁是人体中不可缺少的必须元素,医学研究表明一个成年人每天需要250mg镁。

镁合金具有与低碳钢相近的屈服强度,弹性模量约45GPa,虽然比不锈钢低,但远高于聚乳酸类高分子材料。因此使镁合金支架成为可吸收支架有力竞争者。

虽然镁合金有上述许多优点,但镁合金做为支架还有许多缺点需要解决。主要缺点如下:

1、塑性差,不易室温下冷塑性加工。

2、镁合金加工成的支架塑性也差,在放入血管过程中极易脆断,可靠性,安全性差。

3、一般镁合金抗腐蚀性能差,放入血管中3~4个星期就消溶,达不到3个月以上,不能满足血管病变处恢复时间的要求。

4、镁合金的化学成份要求严格,不能含有害元素和重金属元素,目前无满足医学要求的医用镁合金。能够满足性能要求的镁合金不是含大原子半径的稀土镁合金,就是比重较大的元素,安全性差。

为此,要求镁合金必须达到下述水平:

1、大幅度提高医用镁合金的塑性,在保证足够屈服强度的基础上,塑性指标延伸率必须大于30%,这样才具有可冷塑性加工性能,制成的支架在放入血管操作过程中不会断裂。

2、必须提高镁合金纯度,降低有害和抗腐蚀性能差的元素含量,镁合金纯度必须大于99.99%,这样才能在血管中放置3个月以上达到临床医学要求。

3、合金成份只能是Mg-Al-Zn或Mg-Zn-Ca,这两种类型的合金元素,已被人类生活和医学研究证明无害,而且是有益元素。

目前我国及国际上申报有关可吸收镁合金支架专利技术或方法均达不到上述要求,首先是2002年德国采用稀土镁合金,含有4%以上的稀土元素的镁合金支架,是采用铸造的压铸技术成形的稀土镁合金支架。铸造技术屈服强度低,一般不会超过100MPa。塑性差,目前压铸技术镁合金塑性指标延伸率不会超过10%。铸造镁合金抗腐蚀性能差,所以其临床血管实验仅在4~5星期就完全消溶,同时采用稀土镁合金,含稀土元素,稀土属大原子半径元素,对人体有害。所以被医学界否定。

公开号为CN101085377、公开日为2007年12月12日的发明专利公开了一种用于可降解血管支架的镁合金超细薄壁管成形工艺,其采用加热拉拔镁合金薄壁管,属于热拉拔,这样方法拉拔的镁合金薄壁管材屈服强度低,表面严重氧化。

为了保证镁合金在血管中消溶后人体的安全性,合金成份中必须保证没有重金属,或较大原子半径元素,或医学上尚没有证据证明是无害的元素。

镁合金成份中在血液中消溶后产物,必须保证没有不可溶解的盐类。

根据上述分析,稀土镁合金虽然有较高的屈服强度,但对人体可能有害,无法排出体外。

根据近期生物医学研究报导,各种金属离子对血管细胞作用研究的结果表明,Cr、Ni离子刺激血管细胞易损伤细胞造成血管硬化,实验研究还表明AL、Zn、Mg离子无害,无负作用。然而目前心血管支架普遍采用不锈钢或钴铬合金,在血液中CI离子长期“冲刷”下,不能不释放出Cr和Ni以及Co离子,虽然没有人实验证明。但这种推断,这种潜在的危害是存在的。

近年来对钢的心脏支架,人们越来越追求更高的强度和弹性模量,以便支架网丝制作的越来越细,在血管中长期存放的支架体积减少,重量降低,但另一方面却忽视了支架强度越高,弹性越大对血管壁的压力越大,过高的压力阻碍了血管细胞的新陈代谢,修复与再生长。易造成血管壁“硬化”。病变处血管狭窄胀开的力有多大才合适,人们并没有真正准确掌握。支架放入后的回弹率多少适合,还需深入的研究。但是可以判断,追求高强度合金,不是正确的发展方向。适当的强度,满足支承血管的再狭窄率在10%以内既可,过高的强度与压力必然损伤血管细胞。介入治疗是人类对疾病的一门新兴科学技术,许多问题是在长期研究和临床实验过程中逐步认识的,还有待不断深入研究与探索。

二、镁合金血管支架塑性加工制造方法

可吸收镁合金血管支架,早在2002年德国采用压铸技术制造出第一例支架。众所周知铸造技术制造支架相对较容易,然而铸造产品的性能相对塑性加工方法性能差,不仅屈服强度低(不足100MPa)塑性差(延伸率仅为10%左右)而且抗腐蚀能力差,在血液中消溶时间仅为3~4个星期。特别是因为采用稀士镁合金含有大原子半径的重稀土元素,不易排除体外被医学界所否定。

本研究的镁合金支架从技术上已经解决了上述三个问题:

1、采用高纯度(99.99%)的镁合金。主要合金元素均为可溶解的,对人体无害的元素。Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Ca合金,杂质元素限量低于0.005%。

2、将高纯度镁合金铸锭经过三次挤压改善铸态组织,细化晶粒,可将晶粒细化到2~3μm,大幅度提高镁合金塑性,使之塑性指标基本达到不锈钢高塑性材料水平,这一水平处于国际上领先水平,使镁合金血管支架在放入血管过程中支架网丝不断裂。

3、研制出冷拉拔薄壁管工艺,可制造出壁厚为0.10~0.15mm管材。通过冷拉拔工艺可以进一步提高镁合金屈服强度,同时改善支架表面质量,可大幅度提高表面光洁度。其管材的屈服强度已完全达到低碳钢水平,接近不锈钢屈服强度水平。

本发明镁合金血管支架的制造工艺过程:

 

三、本项技术的主要创新及知识产权

本项镁合金支架制造方法不仅完全解决了可吸收镁合金支架临床医学提出的主要问题。而且在制造技术有多项创新,这些均是世界上镁合金塑性加工技术至今没有解决的难题。主要发明技术如下:

1、发明镁合金温挤压和冷挤压技术,可大幅度细化镁合金晶粒。

2、可将镁合金塑性指标延伸率从目前12~20%提高到30~37%,镁及镁合金室温塑性差的观念在这里不存在。

3、研制出镁合金细薄壁管冷拉拔工艺,不仅可改善支架表面质量而且大幅度提高镁合金屈服强度偏低的局面。可将镁合金屈服强度从150MPa左右提高到220MPa以上,甚至达到270MPa以上。可以接近不锈钢支架的性能指标。

4、采用精密机械加工将细薄壁管加工成网状支架,而不是采取激光切割的方法,避免了激光切割支架表面烧蚀问题。本发明知识产权完全属于我国自主知识产权,已申报国家发明专利三项。

四、本题课组研制的可吸收镁合金支架

图1镁合金冷拉拔细薄壁管照片

图1给出镁合金冷拉拔细薄壁管照片,管材尺寸:外径ф2.95~ф3.0mm,内径d2.75mm,管壁厚:0.1~0.15mm。 图2 薄壁管压扁后的照片

图2给出薄壁管压扁后的照片

从图2可看出此管塑性极佳,一般金属管材压扁后边部出现开裂,而本镁合金薄壁管边部没有产生裂纺。

图3经精加工制造的支架照片  

图3给出经精加工制造的支架照片,支架网丝尺寸:0.1~0.15×0.15mm

 

图4表面镀层后的支架照片 

图4给出表面镀层后的支架照片,镀层厚度为0.1~0.3μm

五、展望

镁合金支架做为可消溶支架,未来有很强的市场竞争能力,虽然国内外均在研究镁合金支架,但均无法与本项技术竞争。

高分子聚乳酸支架的屈服强度既使再增加分子链长度也很难超过100MPa,目前欧洲五国联合开发的聚乳酸血管支架,虽然可消溶对人身体无害,但是放入血管后再狭窄率达到25%,而镁合金支架小于10%。另外一个重要的问题聚乳酸属于水溶性,可在水中消溶,在血液中的消溶速度比镁合金快。这两个问题不解决,聚乳酸高分子材料支架未来很难应用。因此发展镁合金金属支架是目前可吸收支架的主要方向。

 

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