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項目介紹

关于老哥俱乐部

  (一)高性能3D打印用金屬粉末材料
  本項目旨在引入機械科學研究總院先進製造技術研究中心自主研究開發、擁有自主知識產權、具有國內領先水平的微細金屬粉末和新型合金粉末製造技術,本項目完成後將形成批量生產微細金屬粉末和開發新型合金粉末的能力,以適應不斷增長並且要求愈來愈苛刻的市場需求。而且我國目前有上千家的粉末冶金企業,除幾家引進生產線外,製粉工藝均比較落後。該項技術的突破對於提升企業的產品質量和競爭力,促進我國關鍵材料的發展具有重要的推動作用,將會對行業產生良好的經濟效益和社會效益。
  金屬粉體高效氣霧化成套生產技術裝備的開發成功,將為各類高溫微細球形粉體材料的製備提供一條有效的技術途徑,同時使我國在氣霧化快速凝固材料製備技術的研究開發和應用領域均達到世界先進水平,極大地提高我國在這一領域中的地位,並有可能將這種擁有自主知識產權的高新技術及相關設備推入國際市場。
  本項目的主要成果是建立起國內領先的200kg、500kg級高溫高活性金屬粉體高效氣霧化成套生產技術裝備,利用該技術裝備製備的細粉具有產出率高、雜質含量較低的特點,能夠滿足3D打印金屬製品、航空航天用粉末冶金製品、高純淨粉末冶金靶材、金屬注射成型、金剛石合成及工具等領域用各類高端金屬粉體的需求。其大批量生產和應用,將帶動相關金屬粉末材料及其製品產業的技術進步具有重大的戰略意義,可使國產相關產品的品質大幅度提高,緩解進口原材料帶來的高生產成本的壓力,同時有利於其性能/價格方麵的優勢參與國際市場競爭。
  霧化製粉技術具有如下特點:
  (1)先進的霧化製粉技術保證Type3型合金焊粉的一次收粉率在大於50%之間,有效降低生產成本;
  (2)為控製球形合金焊粉化學成分和氧含量,本工藝技術采用惰性氣體保護下熔煉和霧化技術,所有與粉體接觸的設備和管道均用不鏽鋼製造。產品采用惰性氣體充氣包裝;
  (3)采用惰性氣體循環使用的技術,大大降低生產成本;
  (4)獨有的篩分技術可有效控製產品的上限和下限粒度範圍;
  (5)主要生產過程包括合金熔煉、霧化製粉、粉體冷卻、粒度分級和粉體包裝聯為一體,形成全封閉自動控製的一體化生產係統,工藝流程短,無環境汙染。
  (二)激光熔覆技術再製造生產線
  激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷,是一種新的表麵改性技術。它通過在基材表麵添加熔覆材料,並利用高能密度的激光束使之與基材表麵薄層一起熔凝的方法,在基層表麵形成與其為冶金結合的添料熔覆層。
  激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表麵上放置被選擇的塗層材料經激光輻照使之和基體表麵一薄層同時熔化,並快速凝固後形成稀釋度極低,與基體成冶金結合的表麵塗層,顯著改善基層表麵的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法,從而達到表麵改性或修複的目的,既滿足了對材料表麵特定性能的要求,又節約了大量的貴重元素。
  與堆焊、噴塗、電鍍和氣相沉積相比,激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、塗層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點,因此激光熔覆技術應用前景十分廣闊。
  從當前激光熔覆的應用情況來看,其主要應用於三個方麵:①對材料的表麵改性,如燃汽輪機葉片,軋輥,齒輪等;②對產品的表麵修複,如轉子,模具等。有關資料表明,修複後的部件強度可達到原強度的90%以上,其修複費用不到重置價格的1/5,更重要的是縮短了維修時間,解決了大型企業重大成套設備連續可靠運行所必須解決的轉動部件快速搶修難題。另外,對關鍵部件表麵通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金,可以在零部件表麵不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命;對模具表麵進行激光熔覆處理,不僅提高模具強度,還可以降低2/3的製造成本,縮短4/5的製造周期。③快速原型製造。利用金屬粉末的逐層燒結疊加,快速製造出模型。
  激光熔覆技術是20世紀70年代隨著大功率激光器的發展而興起的一種新的表麵改性技術,是指激光表麵熔敷技術是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表麵迅速加熱並熔化,光束移開後自激冷卻形成稀釋率極低,與基體材料呈冶金結合的表麵塗層,從而顯著改善基體表麵耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表麵強化方法[.如對60#鋼進行碳鎢激光熔覆後,硬度高達2200HV以上,耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表麵激光熔覆CoCrSiB合金後,將其耐磨性與火焰噴塗的耐蝕性進行了對比,發現前者的耐蝕性明顯高於後者。
  激光熔覆技術是一種經濟效益很高的新技術,它可以在廉價金屬基材上製備出高性能的合金表麵而不影響基體的性質,降低成本,節約貴重稀有金屬材料,因此,世界上各工業先進國家對激光熔覆技術的研究及應用都非常重視。
  激光熔覆技術以其具備的優勢及特點使其在材料表麵改性、零件修複、製備梯度功能材料以及零件的直接成形等方麵顯示出了巨大的應用潛力。可在廉價、易加工的基體材料表麵有選擇地製備高性能的熔覆層,並實現局部精密熔覆及修複,後續加工少。並且加工柔性好,可方便地對溝槽、孔壁等常規方法難以加工的部位進行激光熔覆。
  增材製造激光熔覆項目分三個方向,耐磨備件修複、耐腐蝕備件修複、內孔修複,目前耐磨備件修複已實現,主要為冶金行業,耐腐蝕備件修複、內控修複兩方麵正在進行,主要為煤機行業液壓支柱生產、再製造。
  (三)3D打印生產平台
  3D打印是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬等材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。具有快速成形、易加工複雜形狀零件、可製造個性化、定製化產品等優點,解決了難加工材料製造複雜結構零件的成形問題,從而大大提高了生產效率、降低了能源和原材料損耗。
  3D打印技術在我國還處於發展初期,產業體量相對較小。同時,中國製造業各個環節對3D打印技術的認識還存在很多不足。從實際發展情況來看,截至目前3D打印並沒有實現成熟的產業化,從設備到產品再到服務仍停留在“高級玩具”階段。但是,國內從政府到企業,普遍認可3D打印技術的發展前景,政府和社會普遍關注未來3D打印技術將對我國現有的生產、經濟、製造模式等造成的影響。
  根據調研數據,目前,我國對3D打印技術的需求並非集中在設備上,而是體現在對3D打印用耗材種類多樣性和對代理加工服務的需求上。工業客戶是我國采購3D打印設備的主力軍,他們所購買的設備主要用於航空、航天、電子產品、交通工具、設計、醫療、文化創意等行業。目前,3D打印機在中國企業的裝機量約500台,年增速為60%左右。即使這樣,目前的市場規模也僅為1億元/年左右。而3D打印用材料的研發和生產潛在需求規模已近10億元/年,隨著設備工藝的普及和進步,規模還將迅速增長;同時3D打印相關委托加工服務非常火爆,多家代理3D打印設備的公司對激光燒結工藝和設備應用已非常成熟,可對外進行加工服務,由於單台設備價格一般在500萬元以上,市場接受度不高,但代理加工服務卻非常火爆。
  發展3D打印產業,可以在提升我國工業領域的產品開發水平的同時有助於攻克技術難關,並且易形成新的經濟增長點,促進就業。當前,全球正在興起新一輪數字化製造浪潮。發達國家麵對近年來製造業競爭力的下降,大力倡導“再工業化、再製造化”戰略,提出智能機器人、人工智能、3D打印是實現數字化製造的關鍵技術,並希望通過這三大數字化製造技術的突破,鞏固和提升製造業的主導權,加快3D打印產業發展,推動我國由“工業大國”向“工業強國”的轉變。
  發展3D打印產業,可以提升我國工業領域的產品開發水平,提高工業設計能力傳統的工業產品開發方法,往往是先開磨具,然後再做出樣品,而運用3D打印技術,無需開磨具,可以把製造時間降低為以前的1/10到1/5,費用降低到1/3以下。一些先進的設計理念,無論其結構和工藝多麽複雜,均可利用3D打印技術,短時間內製造出來,從而極大地促進了產品的創新設計,有效克服我國工業設計能力薄弱的問題。
  發展3D打印產業,可以生產出複雜、特殊、個性化產品,有助於攻克技術難關3D打印可以為基礎科學技術的研究提供重要的技術支持。在航天、航空、大型武器等裝備製造業,零部件種類多、性能要求高,需要進行反複測試。運用3D打印,除了在研製速度上具有優勢外,還可以直接加工出特殊、複雜的形狀,簡化裝備的結構設計,化解技術難題,實現關鍵性能的趕超。
  3D打印一期項目購置1台EOSM290金屬3D打印機,二期項目新增9台,達到10台金屬3D打印機的規模,已經於2018年5月底投產,成為國內擁有先進設備規模的大公司。公司目前合作的主要客戶有西安鉑力特、北京鑫精合、上海禹秩等公司,產品以航空航天零件、注塑模具、汽車零件及個性化定製產品為主。
  經了解,金屬3D打印在軍工行業應用廣泛,前景廣闊,針對3D打印民用產品轉軍工用計劃,已與航天三院、54所等相關單位達成戰略合作意向,由現行的產品合作逐漸拓展合作領域,老哥俱乐部可依據軍工裝備性能要求並借助金屬材料獨家生產研發優勢建立軍工產品研發、生產線切實做好保密安全工作。
  (四)高性能粉末先進成形產品
  高速鋼一般采用傳統的鑄錠-鍛軋工藝生產。因鑄錠的尺寸大,合金元素含量高,加上其冷卻速率緩慢等緣故,凝固時會出現粗大的萊氏體和碳化物的偏析組織,會嚴重損害鋼的各種性能。為了改善其粗大組織和提高其熱加工性能,人們采用了孕育處理、低溫澆注等工藝,雖然一定程度上有了提高,但是不能從根本上解決硬而脆的一次碳化物的偏析問題。
  增材製造的粉末高速鋼是通過把高速鋼微細粉末用特殊方法成形並燒結而製成的高速鋼材製品叫做“粉末高速鋼”。粉末先進成形產品(粉末高速工具鋼、粉末冶金高溫合金、軸承鋼、高端齒輪鋼等)是一種獨具特色的新品種,與傳統鑄鍛高速鋼相比,它采用了快速凝固技術,可以從根本上解決粗大碳化物偏析等問題。無論鋼材製品形狀與尺寸大小如何,都具有無偏析、晶粒細小、夾雜物含量少、組織均勻等顯微組織特點,特別是形成的碳化物顆粒彌散細小,因此高速鋼的硬度、韌性以及抗彎強度等性能均得到了明顯的提高。此外,粉末冶金方法可以使鋼中的合金元素含量大大增加,這在傳統的鑄錠煉鋼工藝是做不到的粉末先進成形產品(粉末高速工具鋼、粉末冶金高溫合金、軸承鋼、高端齒輪鋼等)組織均勻,晶粒細小,其碳化物分布均為1級,碳化物晶粒尺寸在2~3μm以下。比相同成分的熔鑄高速鋼具有更高的抗彎強度、韌性和耐磨性,一般能高出20% ~ 50%。同時還具有熱處理變形小、鍛軋性能和磨削性能良好等優點。粉末高速鋼中的碳化物含量大大超過熔鑄高速鋼的允許範圍,使硬度提高到 67HRC 以上,從而使耐磨性能得到進一步提高。如果采用燒結致密或粉末鍛造等方法直接製成外形尺寸接近成品的刀具、模具或零件的坯件,更可取得省工、省料和降低生產成本的效果。