科创中国

非连续增强铝基复合材料（DRA）以其高比强度、高比模量、高耐磨性以及增强相赋予的特殊功能特性等性能优势，成为空天、核电和兵器等领域先进装备所需的关键基础材料。但DRA制备加工难度远高于铝合金，塑性差，难变形加工，焊接极其困难等特征，成为制约DRA工程应用的关键因素。而我国DRA研发滞后于国外近30年，且受到国际禁运和技术封锁，难以支撑高技术领域装备的制造和跨代发展。

该项目针对DRA加工成型技术瓶颈，重点开发了DRA大尺寸构件高效可控塑性加工与实用化搅拌摩擦焊技术，取得创新成果如下：通过研究加工参数与颗粒团聚、裂纹等组织缺陷关系，确定了DRA工艺参数窗口；进一步结合有限元模拟，实现DRA轧制工艺仿真优化，创建了分段与包覆轧制技术。以跨尺度有限元模拟与工艺组织关系实验验证，显著降低工艺试错成本，大幅提高加工效率，创建了高性能、大尺寸件的可控自由锻技术，发明了高耐磨搅拌摩擦焊接工具，建立提高可焊性与降低工具磨损的焊接工艺。基于上述发明，研制、生产的DRA板材厚度可达1.5-120mm，锻件投影面积可达4m²。研制的增强颗粒（SiC、B4C）体积含量为15-40%的复合材料锻件，强度全面超过国内同类产品（GB/T 35096-2018）；研制出直径大于2300mm的超大尺寸锻件，部分产品力学性能超过国外同类产品；B4C/Al板材比国外Boralcan、Bortec等产品致密度、塑性、耐蚀性更优异。另外，SiC/2009Al接头强度可达峰时效态母材的97%，退火态B4C/6061Al接头强度系数100%。

相关成果获发明专利授权9件，软件著作权2项，发表SCI收录论文32篇。发布企业标准4项，为中核公司起草焊接企业标准2项。累计为嫦娥、北斗、风云、龙舟等十多个重大型号提供产品万余件，有力支撑了国家关键装备制造，项目执行期间直接经济收入超过1亿元。成果获新华网、人民网等主流媒体报道，第一完成人马宗义入选“2018中国科学年度新闻人物”（全国10人）。