单元概况

课题组历史及研究领域:

本课题组长期致力于镁合金材料体系的全面研究,研究范围覆盖所有稀土镁合金体系,形成了从基础研究—技术开发—产业化应用的完整创新链条。在镁合金成分设计、制备加工、性能优化及工程应用等方向均取得突破性进展,每个研究方向均拥有自主知识产权的代表合金,并实现了持续的技术转化或产业化应用。

1.奠基阶段(20世纪50年代)

20世纪50年代,新中国工业化建设急需轻金属材料,长春应化所(前身为东北工业综合研究所)率先开展稀土与轻金属研究。1952年,研究团队在艰苦条件下从独居石中提取钍和稀土,为核工业提供关键原料。随后,唐定骧等人在沈青囊指导下,攻克“菱镁矿加碳氯化制取氯化镁”工艺,推动中国金属镁的工业化生产,为镁合金研究奠定基础。50年代末,团队转向熔盐电解研究,系统探索杂质对电流效率的影响,其成果被纳入国家标准,并创新提出“电解稀土铝/镁合金”工艺,大幅提升电流效率并降低能耗,推动稀土铝合金在高压电缆等领域的应用,使中国导电铝材性能跃居世界前列。

2.体系化研究阶段(20世纪90年代)

20世纪90年代末,孟健、张洪杰等新一代科研骨干组建稀土镁合金课题组,系统研究稀土在镁合金中的作用机制,提出“四化”(净化、活化、细化、合金化)、“四强”(固溶、时效、弥散、细晶强化)与“四提升”(冶金质量、组织结构、加工性能、制品功能)理论框架,为高性能镁合金研发奠定科学基础。团队面对国家的需求,开发出Mg-Y-Nd-Zr、Mg-Gd-Y-Zn-Zr等新型合金体系,并通过电磁搅拌半连续铸造、无缝梯度挤压等创新工艺,成功制备大尺寸铸锭与高精度薄壁构件,使合金性能显著提升,支撑了大型舱体等关键部件的国产化应用。

3.前沿突破与工程化应用(2020年至今)

2020年,邱鑫研究员接任课题组组长,聚焦镁合金的前沿发展与应用前景,确立三大研究方向:高强耐热稀土镁合金、超轻耐疲劳镁锂合金及“不燃”镁合金。团队突破大尺寸构件制备技术,成功研制直径超600毫米的Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金铸锭,应用于航天器关键部件,实现减重15%;在镁锂合金领域,通过稀土改性与表面处理技术,显著提升耐蚀性,为高超音速无人机提供轻量化解决方案;针对镁合金易燃问题,创新提出稀土趋表面扩散理论,开发出熔融状态下“不燃”的镁合金,通过航空阻燃测试,失重率降至0%。

历经70余年发展,课题组从基础研究到工程化应用,始终面向产业化中的重大需求,推动中国镁合金技术跻身世界前列。未来,团队将继续深化轻量化、功能化镁合金研究,助力高端装备制造与可持续发展。

设备:

制备、加工、后期处理及性能分析等设备齐全:

1.制备加工设备:

实验室有先进的镁合金制备和加工设备:真空感应熔炼炉、气体/熔盐保护熔炼炉、冷室压铸机、挤压机、轧机、半连续铸造设备、真空热处理炉、恒温干燥箱等;数控加工中心、线切割机、带锯、抛光机等;

实验室有薄膜、块体、粉体制备设备:脉冲激光沉积系统、磁控溅射系统、放电等离子体热压烧结炉、大型马弗炉、箱式炉、适用于高温及低温烧结要求的管式炉。

2.性能研究设备:

实验室有直读光谱仪、碳硫分析仪、氧氮氢分析仪等可以满足成份分析的需要;低温/高温万能拉伸机、低温/高温蠕变仪、疲劳试验机、洛氏硬度仪、维氏硬度仪、盐雾腐蚀箱、电化学工作站等;

应化所及稀土室有具有先进的材料成份、结构及微观组织表征设备:电感耦合等离子体光谱仪(ICP)、OLYMPUS 偏光光学显微镜、场发射扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射扫描电子显微镜(EBSD)、场发射透射电子显微镜(TEM)、双球差校正透射电子显微镜(HAADF-STEM)、X 射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、离子双喷减薄仪(PIPS)、小角X 射线散射仪(SAXS)等,可以满足结构及微观组织等性能的表征。

3.计算资源:

实验室有用于理论计算的高性能服务器及计算软件,主要包括: VASP、Wien2K; VESTA、FINDIT等。

成果

1.中国稀土科学技术奖,一等奖,2018;

2.吉林省专利奖,金奖,2019;

3.吉林省技术发明一等奖,2013;

4.吉林省科技进步一等奖, 2011;

人员组成:

1.课题组长:邱鑫 研究员

2.课题组其它成员:杨强(项目研究员),孙伟(工程师),赵东月(助理工程师),毕勇(助理工程师),吕由(特别研究助理)