高强韧新型锆合金设计、制备及其在空间活动构件上的应用

行业:航空、航天器及设备制造

成熟度:通过小试

项目简介

  空间活动构件要在低温、交变温度、辐照、磨损和冷焊等苛刻条件下运行,其寿命与精度是航天器在轨长期服役的关键环节之一。目前主要使用的合金钢难以轻量化、空间动力消耗大、交变温度下机构精度低、寿命不够长,难以满足航天技术发展对活动构件的要求,迫切需要开发具有更好空间适用性的新材料。锆及锆合金具有抗辐照、抗腐蚀、结构与尺寸稳定等特点,具有作为空间飞行器活动构件材料使用的发展潜力,但要实现其在空间活动构件上的应用,需解决强韧化及制备等难题。本发明设计并开发了不含有毒元素铍且可使用工业海绵锆制备的锆基非晶合金。其比强度是常用合金钢的2.4倍,整体硬度HRC60以上,特别适用于冲击载荷较小、对耐磨性要求较高的使用工况;设计并开发了具有优异空间适应性的高强韧晶态锆合金,其比强度是合金钢的2.1倍,拉伸塑性8%,表面处理后硬度HRC62,特别适用于有冲击载荷或应力较大的使用工况;发明了介质相变致冷调控熔体冷却速度的高性能构件制备新技术,使合金熔体初期冷却速度减慢了1个量级,而后期冷却速度又提高了1个量级以上,实现了先慢后快的理想冷却过程,解决了铸造过程中流动性与快速冷却相矛盾的技术难题。所开发的新材料及其制备的零部件在空间、环境和化工领域获得应用,拓宽了锆合金的应用范围,潜在社会经济效益巨大