3D打印用金屬粉末入圍 “十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃

來源：中國粉體網(wǎng)

導(dǎo)讀： 為落實(shí)“十四五”期間國家科技創(chuàng)新有關(guān)部署安排，截止2021.5.13日，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃啟動(dòng)實(shí)施“先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料“等26個(gè)重點(diǎn)專項(xiàng)。其中關(guān)于增材制造用金屬粉末方面的有5個(gè)項(xiàng)目。它們是分別是隸屬于“先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料”專項(xiàng)的——高品質(zhì)TiAl合金粉末制備及3D打印關(guān)鍵技術(shù)（共性關(guān)鍵技術(shù)）、復(fù)雜工況下冶金領(lǐng)域關(guān)鍵部件表面工程技術(shù)與應(yīng)用（示范應(yīng)用）、高強(qiáng)韌金屬基復(fù)合材料高通量近凈形制備與應(yīng)用（共性關(guān)鍵技術(shù)）、增材制造用高性能高溫合金集成設(shè)計(jì)與制備（共性關(guān)鍵技術(shù)）、增材制造先進(jìn)金屬材料的實(shí)時(shí)表征技術(shù)及應(yīng)用，以下是這5個(gè)項(xiàng)目的介紹。

先進(jìn)材料與復(fù)合材料

1. 高品質(zhì)TiAl合金粉末制備及3D打印關(guān)鍵技術(shù)（共性關(guān)鍵技術(shù)）

研究?jī)?nèi)容：針對(duì)電子束3D打印所需的低氧含量球形TiAl合金粉末，研究鋁元素?fù)]發(fā)、粉末球形度差、空心粉高問題，突破工業(yè)化生產(chǎn)球形TiAl合金粉末和工業(yè)化TiAl構(gòu)件增材制造關(guān)鍵技術(shù)；開展增材制造TiAl合金的材料—工藝—組織—缺陷—性能一體化系統(tǒng)研究及典型服役性能測(cè)試，突破構(gòu)件增材制造工藝及性能控制關(guān)鍵技術(shù)，掌握包括材料、工藝、組織調(diào)控、性能特征及典型應(yīng)用，為新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫關(guān)鍵構(gòu)件制造及工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

考核指標(biāo)：粉末指標(biāo)：粉末粒度45~105μm，收得率≥40%，粉末氧含量≤0.075wt%，粉末流動(dòng)性≤35s/50g；成形件指標(biāo)：室溫抗拉強(qiáng)度≥600MPa、延伸率≥1.5%，650℃抗拉強(qiáng)度≥500MPa，650℃高周疲勞強(qiáng)度（σ-1，Kt=1，N=1×107）≥300MPa，650℃持久強(qiáng)度（σ100h）≥250MPa。

2. 復(fù)雜工況下冶金領(lǐng)域關(guān)鍵部件表面工程技術(shù)與應(yīng)用（示范應(yīng)用）

研究?jī)?nèi)容：針對(duì)冶金領(lǐng)域高溫、重載、高磨損等復(fù)雜工況對(duì)關(guān)鍵部件表面防護(hù)技術(shù)的迫切需求，開展復(fù)合增強(qiáng)表面工程材料及涂鍍層結(jié)構(gòu)的理性設(shè)計(jì)，開發(fā)高效率、高性能激光熔覆、堆焊、冷噴涂、復(fù)合鍍等技術(shù)及多技術(shù)結(jié)合的復(fù)合表面工程技術(shù)，攻克復(fù)雜工況下冶金領(lǐng)域關(guān)鍵部件表面耐高溫、耐磨損、抗疲勞涂鍍層制備的關(guān)鍵技術(shù)，開展其服役性能評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)，并應(yīng)用于擠壓芯棒、結(jié)晶器、除鱗輥等典型部件，在大型鋼鐵冶金企業(yè)得到示范應(yīng)用。

考核指標(biāo)：開發(fā)無縫鋼管擠壓芯棒、結(jié)晶器、除鱗輥等三種典型件表面制造的專用復(fù)合粉末3種以上，涂層結(jié)合力≥100MPa，綜合使用壽命提升40%以上；擠壓芯棒的耐磨性比H13鋼提高2倍以上，表面潤(rùn)滑鍍層摩擦磨損性能比傳統(tǒng)鍍層提升20%以上；除鱗輥的硬質(zhì)相質(zhì)量比≥60%，粘結(jié)相硬度HRC≥38，無裂紋；結(jié)晶器修復(fù)層晶粒度<10μm，可修復(fù)厚度≥6mm；表面強(qiáng)化涂層孔隙率＜1%，修復(fù)及強(qiáng)化后變形量≤2mm/m，單套結(jié)晶器一次修復(fù)過鋼量15萬噸以上。

3. 高強(qiáng)韌金屬基復(fù)合材料高通量近凈形制備與應(yīng)用（共性關(guān)鍵技術(shù)）

研究?jī)?nèi)容：針對(duì)航空航天領(lǐng)域高強(qiáng)韌金屬基復(fù)合材料應(yīng)用需求，圍繞非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料強(qiáng)韌性失配及復(fù)雜構(gòu)件成形加工周期長(zhǎng)、成本高、材料利用率低的突出問題，結(jié)合利用材料基因工程思想和近凈形制備技術(shù)原理，研發(fā)鋁基、鈦基復(fù)合材料高通量近凈形制備技術(shù)及其高通量表征技術(shù)；測(cè)試和采集基體/增強(qiáng)相界面物理化學(xué)數(shù)據(jù)，建立基體/增強(qiáng)相界面熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)物性數(shù)據(jù)庫；研究鋁基、鈦基復(fù)合材料成分—構(gòu)型—工藝—界面—性能交互關(guān)聯(lián)集成計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料體系與構(gòu)型及其近凈形制備工藝方案與參數(shù)的高效同步優(yōu)化，并在航空航天等領(lǐng)域得到工程示范應(yīng)用。

考核指標(biāo)：構(gòu)建成分—構(gòu)型—工藝—界面—性能關(guān)系設(shè)計(jì)平臺(tái)及多尺度模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)100種以上復(fù)合材料構(gòu)型的模型高效創(chuàng)建與計(jì)算；高通量近凈形制備和表征技術(shù)能力≥200樣品數(shù)/批次；建立支撐高強(qiáng)韌金屬基復(fù)合材料研發(fā)和工藝優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫1個(gè)，數(shù)據(jù)量≥20萬條；構(gòu)型化復(fù)合材料斷裂韌性比均勻復(fù)合材料提升≥30%，晶須增強(qiáng)型與顆粒增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料的彈性模量比基體分別提高50%與150%以上，鈦基復(fù)合材料承溫能力提高200℃以上；復(fù)雜構(gòu)件近凈形制備技術(shù)的材料利用率提高3~5倍，制造周期及生產(chǎn)成本“雙減半”；在航空航天等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)10個(gè)以上典型應(yīng)用；申請(qǐng)發(fā)明專利20項(xiàng)以上。

4. 增材制造用高性能高溫合金集成設(shè)計(jì)與制備（共性關(guān)鍵技術(shù)）

研究?jī)?nèi)容：針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高超聲速飛行器、重載火箭等國家大型工程所需高溫合金精密構(gòu)件服役特點(diǎn)和增材制造物理冶金特點(diǎn)，應(yīng)用材料基因工程理念，發(fā)展多層次跨尺度計(jì)算方法和材料大數(shù)據(jù)技術(shù)，形成增材制造用高性能高溫合金的高效計(jì)算設(shè)計(jì)方法、增材制造全流程模擬仿真技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，結(jié)合高通量制備技術(shù)和快速表征技術(shù)，建立增材制造用高性能高溫合金的材料基因工程專用數(shù)據(jù)庫；發(fā)展適合高溫合金增材制造工藝特性的機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、可視化模擬等技術(shù)，開展增材制造用高溫合金高效設(shè)計(jì)與全流程工藝優(yōu)化的研究工作，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)高溫合金高端精密構(gòu)件的組織與尺寸精密化控制，并在航空航天等領(lǐng)域得到工程示范應(yīng)用。

考核指標(biāo)：針對(duì)國家大型工程等所需高溫合金精密構(gòu)件特點(diǎn)，研制出3~5種增材制造用高溫合金，研發(fā)周期縮減40%以上、研發(fā)成本降低40%以上；發(fā)展與高端增材制造裝備和工藝配套的高溫合金材料和技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化規(guī)模應(yīng)用，綜合性能平均提升20%以上，產(chǎn)品成本降低30%以上，核心性能指標(biāo)、批次穩(wěn)定性達(dá)到國際先進(jìn)水平；申請(qǐng)發(fā)明專利或軟件著作權(quán)10件以上。

5. 增材制造先進(jìn)金屬材料的實(shí)時(shí)表征技術(shù)及應(yīng)用

研究?jī)?nèi)容：研發(fā)基于同步輻射光源的原位表征技術(shù)與裝備，動(dòng)態(tài)捕捉增材制造過程中高溫下微秒級(jí)時(shí)間尺度和微米級(jí)局域空間內(nèi)的相變和開裂；通過高通量的樣品設(shè)計(jì)和多參量綜合表征手段，揭示動(dòng)態(tài)非平衡制備過程中材料組織結(jié)構(gòu)的演化和交互作用規(guī)律。面向典型高性能結(jié)構(gòu)材料，揭示增材制造快速熔化凝固超常冶金過程對(duì)穩(wěn)定相、材料組織結(jié)構(gòu)和最終性能產(chǎn)生影響的因素，快速建立材料成分—工藝—結(jié)構(gòu)—性能間量化關(guān)系數(shù)據(jù)庫；結(jié)合材料信息學(xué)方法，發(fā)展增材制造工藝和材料性能高效優(yōu)化軟件，在典型增材制造材料的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中得到應(yīng)用。

考核指標(biāo)：發(fā)展基于同步輻射光源的增材制造原位表征技術(shù)與裝備，在多個(gè)尺度上實(shí)時(shí)追蹤增材制造過程中材料組織演變、裂紋生長(zhǎng)和化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程。實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)表征區(qū)域＞200μm，空間分辨率≤10μm，時(shí)間分辨率≤50μs，表征通量＞103樣品空間成份點(diǎn)的原位無損分析；構(gòu)建高溫合金、不銹鋼、鈦合金、鋁鎂合金等高性能結(jié)構(gòu)材料成分—工藝—結(jié)構(gòu)—性能數(shù)據(jù)庫，開發(fā)增材制造工藝優(yōu)化專用軟件，應(yīng)用于三種增材制造材料的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。申請(qǐng)發(fā)明專利3~5項(xiàng)，軟件著作權(quán)2~3項(xiàng)。

資料來源：先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料重點(diǎn)專項(xiàng)2021年度項(xiàng)目申報(bào)指南