《面向海洋装备的过渡金属化合物材料的关键技术与应用》

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该项目属于海洋装备及其材料科学技术领域。

海洋装备是海洋资源开发、海洋空间利用、以及海洋权益维护等领域的重要工具与技术载体。然而,它们长期服役于恶劣海洋环境,经受着海水侵蚀、海浪冲击、生物附着等复杂作用,尤其对于深海装备,还承受巨大海水高压。材料及其腐蚀问题已成为制约海洋装备使用寿命的技术瓶颈,严重限制着国家海洋资源利用的重大装备建设,极大阻碍了国家对海洋装备产业结构升级的进程。该项目在国家自然科学基金、国家海洋局重大专项与上海市重点等系列课题资助下,经过产学研联合攻关,研发出具有高硬度、高强度、耐腐蚀等综合性能的新型过渡金属化合物材料,攻克了从材料制备到装备应用过程中的多项关键技术,并实现了系列海洋装备产品的自主研制及产业化。关键技术创新有:

(1)提出了把硼、碳、氮等轻元素掺入过渡金属中形成化合物,能够从高刚度材料转变为高硬度材料,同时显著提升耐磨耐蚀性能;解决了过渡金属化合物高硬度、高强度、耐腐蚀等综合性能的微观机理,为设计与制备海洋装备材料提供理论基础。

(2)发现了过渡金属化合物材料的力学特性与热力学稳定性之间存在着关联规律性,创建了基于过渡金属化合物能量稳定性思路的全新设计准则,突破了长期追求它们高电子浓度的高刚度设计思路。

(3)攻克了过渡金属化合物材料实验制备的多项关键技术,研发出若干种崭新的过渡金属化合物纳米复合陶瓷材料,它们不仅具有高硬度、高强度、耐腐蚀等优异的综合性能,而且其制备成本与原材料成本相对低廉等优势。

(4)实现了新型过渡金属化合物材料在多种海洋装备中的工程应用,极大延长了这些装备在恶劣海洋环境下的服役寿命,有效解决了长期困扰着中国海洋装备的某些核心零部件与耐磨耐蚀涂层的材料难题。

该项目发表SCI论文75篇,被SCI-E与CPCI-S引用总计1580次,其中20篇代表论文他引450次;获得授权发明专利31件、实用新型专利2件,出版专著2部,形成检测报告3份,成果被采纳为行业/地方标准2件,形成了从新材料设计研发到海洋装备开发应用一体化的自主知识产权;培养研究生25名。把材料开发与结构制造一体化技术应用到海洋渔业装备(投饵机、增氧机)、海洋能发电装备(浪轮机)、海洋舰船等多家企业产品中,近三年新增产值超过3.7亿元,创收外汇1022万美元。项目技术成果的成功实施不仅极大促进了海洋渔业装备的产业结构升级,而且加速了海洋可再生能源的开发利用,带动相关企业取得了显著的经济与社会效益。经第三方权威机构查新检索,该项目综合技术达到了国际先进水平。

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