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1、 汽车轻量化材料汽车轻量化材料 精品PPTl当前，节能、环保、安全、舒适、智能和网络当前，节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的总趋势，尤其是节能和环保更是是汽车技术发展的总趋势，尤其是节能和环保更是关系人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃耗、关系人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃耗、减少向大气排出减少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车和有害气体及颗粒已成为汽车工程界主攻的工程界主攻的方向方向。l人们现已熟知的美国人们现已熟知的美国PNGV计划，预计到计划，预计到2004年年或或2005年，美国轿车将达到每升汽油可行驶约年，美国轿车将达到每升汽油可行驶约34km（3倍
2、燃料效率）。倍燃料效率）。减小汽车自重是汽车降低燃耗及减少排放的最减小汽车自重是汽车降低燃耗及减少排放的最有效措施之一。美国的有效措施之一。美国的PNGV计划要求轿车自身质计划要求轿车自身质量减小量减小40。精品PPTl1.汽车轻量化的内涵和途径汽车轻量化的内涵和途径l汽车轻量化绝非是简单地将其小型化而已。汽车轻量化绝非是简单地将其小型化而已。l首先应保持汽车原有的性能不受影响，既要有目首先应保持汽车原有的性能不受影响，既要有目标地减轻汽车自身的重量，又要保证汽车行驶的标地减轻汽车自身的重量，又要保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时汽车本安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时汽车本
3、身的造价不被提高，以免给客户造成经济上的压身的造价不被提高，以免给客户造成经济上的压力。力。精品PPTl汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。材料的使用两大方面。l汽车结构设计轻量化技术包括紧凑化技术和为采用轻汽车结构设计轻量化技术包括紧凑化技术和为采用轻量化材料并能满足碰撞新要求而最新开发的轻量化结量化材料并能满足碰撞新要求而最新开发的轻量化结构设计技术构设计技术.l在结构设计方面可以采用前轮驱动、高刚性结构和超在结构设计方面可以采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等来达到轻量化的目的，在用材方面可以轻悬架结构等来达到轻
4、量化的目的，在用材方面可以通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻量化的目的。通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻量化的目的。l精品PPTl实现汽车轻量化的主要途径实现汽车轻量化的主要途径l减少汽车白车身重量对降低发动机的功耗和减少汽减少汽车白车身重量对降低发动机的功耗和减少汽车总重量具有双重的效应。为此，首先应该在白车车总重量具有双重的效应。为此，首先应该在白车身制造材料方面寻找突破口。具体有如下几种方案：身制造材料方面寻找突破口。具体有如下几种方案：1）使用密度小、强度高的轻质材料，像铝镁轻合）使用密度小、强度高的轻质材料，像铝镁轻合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等；金、塑料聚合物材料、陶瓷材料
5、等；2）使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截）使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；面厚度较薄的高强度钢；(?)3）使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，）使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等。焊接板材等。精品PPTl仅奥迪仅奥迪A8和英国捷豹和英国捷豹XJ两个高级豪华车据守轻金属两个高级豪华车据守轻金属车身这唯一一块阵地车身这唯一一块阵地.l宝马宝马5系列车身前端总成以冲压铝板件系列车身前端总成以冲压铝板件,铸铝合金件和铸铝合金件和铝挤压件焊接而成铝挤压件焊接而
6、成.l目前只是在中高档轿车中广泛采用目前只是在中高档轿车中广泛采用Mg,Al,工程塑料和工程塑料和高强度钢的混合车身高强度钢的混合车身.l现代汽车的绝大部分内饰件以翼子板现代汽车的绝大部分内饰件以翼子板,保险杆外罩和许保险杆外罩和许多乘用车的发动机罩内板都是由工程塑料制成的多乘用车的发动机罩内板都是由工程塑料制成的.l精品PPTl相比之下，至少在目前及至今后相当长的一段时期相比之下，至少在目前及至今后相当长的一段时期内，钢仍然是汽车车身制造用材的最佳选择：钢材内，钢仍然是汽车车身制造用材的最佳选择：钢材不仅具有优异的性能价格比，还有长期积累起来的不仅具有优异的性能价格比，还有长期积累起来的冶金
7、技术和成型加工经验，使之在汽车行业中仍然冶金技术和成型加工经验，使之在汽车行业中仍然坐拥不可撼动的霸主地位。而方案坐拥不可撼动的霸主地位。而方案3）正是从材料加）正是从材料加工的角度出发，使经过特殊加工后的钢板材料的承工的角度出发，使经过特殊加工后的钢板材料的承载性能、成型性能或者其他方面的性能大大提高。载性能、成型性能或者其他方面的性能大大提高。精品PPTl2材料技术在轻量化汽车中的作用材料技术在轻量化汽车中的作用l材料技术是推动汽车技术进步的关键，轻量化是材料技术是推动汽车技术进步的关键，轻量化是今后汽车发展的关键。今后汽车发展的关键。l选用新材料（包括高强度钢、铝、镁、钛合金、选用新材料
8、（包括高强度钢、铝、镁、钛合金、塑料及复合材料等）来实现减小汽车自身质量的塑料及复合材料等）来实现减小汽车自身质量的目的，并把先进的轻质材料作为急需开发的技术目的，并把先进的轻质材料作为急需开发的技术领域。领域。精品PPTl3轻量化汽车材料技术的发展趋势轻量化汽车材料技术的发展趋势l由于钢铁材料在强度、塑性、抗冲击能力、回收使用及低由于钢铁材料在强度、塑性、抗冲击能力、回收使用及低成本方面具有综合的优越，其在汽车材料中的主导地位仍成本方面具有综合的优越，其在汽车材料中的主导地位仍是不可动摇的。但高强度钢和超高强度钢的应用，如汽车是不可动摇的。但高强度钢和超高强度钢的应用，如汽车车身、车身、底盘
9、底盘、悬架、转向等零部件上，将有较大增长。、悬架、转向等零部件上，将有较大增长。铝镁合金在汽车上的用量将明显增加。铝镁合金在汽车上的用量将明显增加。工程塑料、复合材料所占比例将有明显增长。工程塑料、复合材料所占比例将有明显增长。l多材料结构进行优化，既能改进汽车性能，又能显著减小多材料结构进行优化，既能改进汽车性能，又能显著减小质量。当前材料的组合仍以高强度钢、铝、镁和塑料为主。质量。当前材料的组合仍以高强度钢、铝、镁和塑料为主。要实现多材料轻量化结构设计，必须强调要实现多材料轻量化结构设计，必须强调“合适的材料用合适的材料用在合适的部位在合适的部位”精品PPT第一节第一节 高强度钢板高强度钢
10、板 l一、概述一、概述l采用高强度钢板可以达到减薄车身用板的厚度和重采用高强度钢板可以达到减薄车身用板的厚度和重量的目的量的目的,在轻量化的同时，增加了安全性能。在轻量化的同时，增加了安全性能。l高强度钢一般是指冷轧高强度钢一般是指冷轧340MPa、热轧、热轧490MPa以以上的钢上的钢,这些新型高强度钢板具有较低的屈强比、这些新型高强度钢板具有较低的屈强比、较好的应变分布能力和较高的应变硬化特性较好的应变分布能力和较高的应变硬化特性,同时同时高强度钢板的力学性能更加均匀高强度钢板的力学性能更加均匀,从而具有更好的从而具有更好的碰撞特性和更高的疲劳寿命。碰撞特性和更高的疲劳寿命。精品PPTl2
11、汽车用钢板的强化机理和汽车用高强度钢板、超汽车用钢板的强化机理和汽车用高强度钢板、超高强度钢板高强度钢板l传统的汽车用钢板主要是采用向低碳钢中添加合金传统的汽车用钢板主要是采用向低碳钢中添加合金元素形成固溶强化型钢以及晶粒细化的析出型钢的元素形成固溶强化型钢以及晶粒细化的析出型钢的两种方式来实现低碳钢的高强度化。两种方式来实现低碳钢的高强度化。l现代汽车高强度钢板是采用使其金相组织得到强化现代汽车高强度钢板是采用使其金相组织得到强化的机理，而获得组织强化、复合组织强化、相变强的机理，而获得组织强化、复合组织强化、相变强化、热处理强化、冷作硬化和时效强化等现代高强化、热处理强化、冷作硬化和时效强
12、化等现代高强度钢。度钢。l目前高强度钢板主要包括冷轧含磷板、双相钢目前高强度钢板主要包括冷轧含磷板、双相钢(DP钢钢)板以及相变诱发塑性钢板以及相变诱发塑性钢(TRIP钢钢)板等。板等。精品PPT精品PPTl3国内外汽车高强度钢材料概况国内外汽车高强度钢材料概况l二十世纪二十世纪6070年代，汽车结构用高强度钢是以添年代，汽车结构用高强度钢是以添加各种合金成分的固溶强化型和析出强化型高强度加各种合金成分的固溶强化型和析出强化型高强度钢为主体，但为了达到更高的强度钢为主体，但为了达到更高的强度,从从80年代开始，年代开始，研究方向已经开始转向组织强化型高强度钢，通过研究方向已经开始转向组织强化型
13、高强度钢，通过Cu析出物和三段冷却方式提高强度与加工性，通过析出物和三段冷却方式提高强度与加工性，通过冶金制造的组织控制来提高各种性能。特别是到了冶金制造的组织控制来提高各种性能。特别是到了二十一世纪，发展更是突飞猛进，各种新钢种层出二十一世纪，发展更是突飞猛进，各种新钢种层出不穷，强度也不断提高，如含铜热处理强化钢，不穷，强度也不断提高，如含铜热处理强化钢，Rm590780MPa高翻边性能钢板，高翻边性能钢板，Rm440780MPa，超高强度钢板，超高强度钢板，Rm9801400MPa。精品PPT德国的两款轿车和SUV上所用的高强度钢材料VWPolo（大众波罗）、（大众波罗）、Porsche
14、Cayanne（保时捷（保时捷卡宴）、卡宴）、OpeVectra（欧（欧宝维佳）等车型中现代高宝维佳）等车型中现代高强度钢的用量分别为强度钢的用量分别为60%、36%、45%，用量非常大，用量非常大，而且已经超越了普通钢，而且已经超越了普通钢，成为汽车用钢的主力军，成为汽车用钢的主力军，成为未来汽车材料的发展成为未来汽车材料的发展方向之一。方向之一。精品PPT丰田汽车公司在其生丰田汽车公司在其生产的丰田系列轿车上产的丰田系列轿车上已经应用高强度钢制已经应用高强度钢制作车身及其零部件。作车身及其零部件。车身质量要求越来越车身质量要求越来越轻轻.白车身重量的变化及高强度钢的使用白车身重量的变化及高
15、强度钢的使用比例比例精品PPT本田两代思域（本田两代思域（CIVIC）轿车上高强度钢的）轿车上高强度钢的使用情况对比使用情况对比精品PPT新一代日本铃木奥拓牌微型车车身使用高强度钢新一代日本铃木奥拓牌微型车车身使用高强度钢板的情况板的情况看出高强度钢的用量和应用范围都非常大，其中的前门内看出高强度钢的用量和应用范围都非常大，其中的前门内板、主地板、门框内板、立柱等都用高强度钢制成，最高的板、主地板、门框内板、立柱等都用高强度钢制成，最高的占到了整个汽车用钢的占到了整个汽车用钢的68。精品PPTl除上述国家外，各大汽车企业和钢铁协会也组成了除上述国家外，各大汽车企业和钢铁协会也组成了超轻钢车体计
16、划超轻钢车体计划(ultralightsteelautobody)，目的，目的是研究出新型高强度钢材料，扩大高强度钢材料在是研究出新型高强度钢材料，扩大高强度钢材料在汽车工业中的应用，其目标是开发新型轻型钢车体，汽车工业中的应用，其目标是开发新型轻型钢车体，该型车比现有的车型更安全、更节能、更有利于环该型车比现有的车型更安全、更节能、更有利于环境保护、售价不增加。其中材料的开发与优化包括：境保护、售价不增加。其中材料的开发与优化包括：新型高强度高成形性钢的开发与使用的优化，形成新型高强度高成形性钢的开发与使用的优化，形成了以高强钢、超高强钢、双相钢和了以高强钢、超高强钢、双相钢和TRIP钢为主
17、的新钢为主的新型汽车用钢系列；以激光拼焊板、液压成形管件和型汽车用钢系列；以激光拼焊板、液压成形管件和夹层板为特色的新型钢材系列。夹层板为特色的新型钢材系列。精品PPTULSAB-AVC车身结构所选用钢车身结构所选用钢种的强度级别、重量及重量比种的强度级别、重量及重量比例例USLAB-AVC所选用的所选用的高强度钢种类很多，应高强度钢种类很多，应用的零件范围也很广，用的零件范围也很广，其中其中DP700/1000的用的用量最大，达到了量最大，达到了59.32%，其次是，其次是MART1250/1520和和DP300/500，用量分别，用量分别为为47.71%和和18.14%。精品PPTl我国汽
18、车用高强钢材料的研制开发工作较晚，但我国汽车用高强钢材料的研制开发工作较晚，但已有武钢、宝钢、鞍钢、上汽集团、上海大学、已有武钢、宝钢、鞍钢、上汽集团、上海大学、重庆汽车研究所等单位对汽车高强度钢材料开展重庆汽车研究所等单位对汽车高强度钢材料开展了研究，特别是宝钢、武钢、上汽集团等单位在了研究，特别是宝钢、武钢、上汽集团等单位在高强度钢领域有突出地位。国家科技部已将高强度钢领域有突出地位。国家科技部已将“500MPa以上高强度钢的先进制造技术以上高强度钢的先进制造技术”列为列为了了863重点支持项目。重点支持项目。精品PPT高强钢若干典型实例高强钢若干典型实例液压成型车架、液压成型车架、后副车
19、架、油底后副车架、油底壳、发动机托架、壳、发动机托架、仪表板横梁等，仪表板横梁等，可以看出，国内可以看出，国内的汽车高强度钢的汽车高强度钢应用范围已经十应用范围已经十分广泛。分广泛。精品PPT厂家厂家/MPa/MPa/%n备注备注宝钢宝钢403.0628.035.0226080.22-NKK414.0628.034.0211010.21-USS399.7626.730.5-ASTM50标标距距宝钢宝钢TRIP600与国外同类钢的典型性能与国外同类钢的典型性能宝钢生产的高强度钢的强度等级为宝钢生产的高强度钢的强度等级为600MPa以上，以上，性能与国外同类钢相差无几，但在国产轿车上还没有性能与国
20、外同类钢相差无几，但在国产轿车上还没有正式采用，相关的加工和成型技术也必须依赖国外。正式采用，相关的加工和成型技术也必须依赖国外。精品PPTl汽车用高强度钢的减重潜能汽车用高强度钢的减重潜能l相对于传统的相对于传统的340MPa的材料的材料,600MPa级的钢种在级的钢种在理论上的减重潜能大约为理论上的减重潜能大约为20%.然而然而,对于对于800MPa的材料的材料,其减重潜能会提高至其减重潜能会提高至30%以上以上.lSumitomo公司的论文阐述了生产车轮用的公司的论文阐述了生产车轮用的700MPa和和800MPa的热轧钢的发展的热轧钢的发展.l可达到该目标强度的化学成分为低碳可达到该目标
21、强度的化学成分为低碳,硅硅,锰锰,铬以及铬以及铌和钛微合金化元素铌和钛微合金化元素.精品PPT高强度钢在主要零部件及研究的内容如下：高强度钢在主要零部件及研究的内容如下：(要考虑成形方式要考虑成形方式)挡泥板：抗凹陷性与回弹（先进高强度钢与铝比较），粘接性挡泥板：抗凹陷性与回弹（先进高强度钢与铝比较），粘接性能与焊接性能；提升式门：抗凹陷性评估，成形与装配工艺研能与焊接性能；提升式门：抗凹陷性评估，成形与装配工艺研究，不同材料的结构耐久性试验评估；究，不同材料的结构耐久性试验评估；车轮：强度更高、成形性能更好的车轮用钢开发车轮：强度更高、成形性能更好的车轮用钢开发, ,以满足进一步以满足进一步
22、减重及灵活生产的需要开发低成本，高尺寸精度的制造技术与减重及灵活生产的需要开发低成本，高尺寸精度的制造技术与铝车轮竞争，开发具有成本优势的车轮外观装饰系统，用于在铝车轮竞争，开发具有成本优势的车轮外观装饰系统，用于在钢车轮骨架上安装永久性铸铝外饰件，研究车轮导致车辆振动钢车轮骨架上安装永久性铸铝外饰件，研究车轮导致车辆振动的根本原因，并通过系统设计的改进予以消除，开发车轮焊接的根本原因，并通过系统设计的改进予以消除，开发车轮焊接新技术；新技术；轻型载货车车架：高刚度的轻型载货车车架连接技术，车身车轻型载货车车架：高刚度的轻型载货车车架连接技术，车身车架一体化设计方法；架一体化设计方法；油箱：开
23、发新材料品种（在道路环境和各种燃油条件下可使用油箱：开发新材料品种（在道路环境和各种燃油条件下可使用1515年）、新设计方法和制造方法，以在与塑料油箱的性能、质年）、新设计方法和制造方法，以在与塑料油箱的性能、质量、价格竞争中取胜量、价格竞争中取胜; ;精品PPT座椅座椅:开发强度级别应在开发强度级别应在5001400MPa、成形性能优良、成形性能优良(弯曲半弯曲半径小、孔伸长率高径小、孔伸长率高)的新型高强度钢的新型高强度钢,满足座椅零件的需要；满足座椅零件的需要；皮卡车厢和提升式车门：高强度钢的焊接性能与成形性能，提皮卡车厢和提升式车门：高强度钢的焊接性能与成形性能，提高钢的减重、成本竞争
24、力；高钢的减重、成本竞争力；仪表板横梁：管状截面高强度钢仪表板横梁的设计与制造技术；仪表板横梁：管状截面高强度钢仪表板横梁的设计与制造技术；支座与支架：开发新一代微合金钢支座与支架：开发新一代微合金钢,使工作应力从目前使工作应力从目前600MPa提高到提高到750MPa，辊压与液压成形生产设备开发，近净成形工，辊压与液压成形生产设备开发，近净成形工艺与设备开发；艺与设备开发；悬架弹簧：开发工作应力达悬架弹簧：开发工作应力达1300MPa以上的新型弹簧钢，开发以上的新型弹簧钢，开发可控失效弹簧钢用于单片弹簧，开发低成本的涂层及耐蚀弹簧可控失效弹簧钢用于单片弹簧，开发低成本的涂层及耐蚀弹簧材料。材
25、料。精品PPTl其它轻量化材料其它轻量化材料l铝具有高的导电性和导热性，密度小，塑性好，易铝具有高的导电性和导热性，密度小，塑性好，易成型，易回收利用。铸、锻、冲压工艺均适合于其成型，易回收利用。铸、锻、冲压工艺均适合于其零件制造，在汽车上的用量将明显增加。零件制造，在汽车上的用量将明显增加。镁的密度为铝的镁的密度为铝的2/3、钢的、钢的1/4。镁具有较高的比强度。镁具有较高的比强度和比弹性模量、良好的刚性和抗电磁干扰屏蔽性、和比弹性模量、良好的刚性和抗电磁干扰屏蔽性、高的阻尼性能和减震抗冲击能力，其切削加工性和高的阻尼性能和减震抗冲击能力，其切削加工性和尺寸稳定性优于铝。镁合金易于回收利用，
26、其应用尺寸稳定性优于铝。镁合金易于回收利用，其应用极为广泛，也是汽车工业中最有发展前景的轻金属极为广泛，也是汽车工业中最有发展前景的轻金属结构材料。结构材料。l工程塑料（？）工程塑料（？）精品PPT第二节第二节 铝及铝合金铝及铝合金 l一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点l纯铝具有银白色金属光泽纯铝具有银白色金属光泽,密密度小度小(2.72),熔点低熔点低(660.4),导电、导热性能优良。导电、导热性能优良。l耐大气腐蚀，易于加工成形耐大气腐蚀，易于加工成形.l具有面心立方晶格，无同素具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。异构转变，无磁性。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼精品PP
27、Tl铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。l铝合金常加入的元素主要有铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。等辅加元素。铝合金型材铝合金型材铝铸件铝铸件精品PPTl可将铝合金分为可将铝合金分为变形铝合金变形铝合金和和铸铸造铝合金造铝合金两大类。两大类。l变形铝合金又分变形铝合金又分为为可热处理强化可热处理强化和和不可热处理强不可热处理强化化两类两类。铝合金分类铝合金分类示意图示意图l二、铝合金的分类二、铝合金的分类l铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。精
28、品PPT三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理 并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。l时效时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。度保温，以析出弥散强化相的热处理。l可热处理强化变形铝合可热处理强化变形铝合金的热处理方法：金的热处理方法：固溶固溶处理处理+时效时效。l固溶处理固溶处理是指将合金加是指将合金加热到固溶线以上，保温热到固溶线以上，保温加热固溶淬火过饱和时效析出精品PPTl在室温下进行的时效称在室温下进行的时效称自然时效自然时
29、效；在加热条件下；在加热条件下进行的时效称进行的时效称人工时效人工时效。l时效强化效果与加热温度和保温时间有关。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。l温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间峰值，超过峰值时间,析出相聚集长大，强析出相聚集长大，强度下降，为度下降，为过时效过时效。随时效温度提高，峰随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值强度下降，出现峰值的时间提前。值的时间提前。含含4%Cu铝合金的时效曲线铝合金的时效曲线时效时间时效时间/d精品PPT时效时间时效时间屈服强度屈服强度时效峰时效峰过时效过时效亚时效亚时效铝铝合合金金的
30、的热热处处理理精品PPT四、铝合金的牌号、性能及用途四、铝合金的牌号、性能及用途四、铝合金的牌号、性能及用途四、铝合金的牌号、性能及用途 l1、变形铝合金、变形铝合金l变形铝及铝合金牌号表示方法变形铝及铝合金牌号表示方法l根据国标规定根据国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号或采用国标规定的四位字符牌号。全世界铝的用量全世界铝的用量百万吨百万吨一次生产量二次回收量总用量精品PPTlGB3190-82中的旧牌号仍中的旧牌号仍可继续使用，可继续使用，表示方法为表示方法为: 防锈铝合金：防锈铝合金：LF+序号序
31、号 硬铝合金硬铝合金：LY+序号序号 超硬铝合金超硬铝合金：LC+序号序号 锻铝合金锻铝合金：LD+序号序号铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝铝铝铝合合合合金金金金制制制制品品品品铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属精品PPTl常用变形铝合金常用变形铝合金l防锈铝合金防锈铝合金l主要主要是是Al-Mn和和Al-Mg系合金系合金。lMn和和Mg主要作用是主要作用是卫星天线卫星天线（LF2）提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。l防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、防锈铝合金锻造退火
32、后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。l不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。精品PPT汽化汽化汽化汽化器器器器( (热热热热交换交换交换交换管为管为管为管为LF21LF21) )l常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有LF21（3A21），其抗蚀，其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。l常用的常用的Al-Mg系合金系合金有有LF5（5A05）,其密度比其
33、密度比纯纯铝铝小小，强强度度比比Al-Mn合合金金高高，在在航航空空工工业业中中得得到到广广泛泛应应用用，如如制制造造管管道道、容容器器、铆铆钉钉及及承承受受中中等等载载荷荷的零件。的零件。精品PPTl硬铝合金硬铝合金l主要是主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。l可进行时效强化，也可进行变形强化。可进行时效强化，也可进行变形强化。l强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。l常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造等，用于制造冲压件冲压件、模锻件和铆模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、接件
34、，如螺旋桨、梁、铆钉等铆钉等。飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)精品PPTl超硬铝合金超硬铝合金l属属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含系合金，并含有少量有少量Cr和和Mn。l时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金。l热态塑性好，但耐蚀性差。热态塑性好，但耐蚀性差。常常用合金有用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作温度等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件较低、受力较大的结构件,如如飞机大梁飞机大梁、起落架等起落架等。飞飞机机主主起起落落架架精品PPTl锻铝合金锻铝合金lAl-Cu-Mg-Si系合金系合金可锻可锻性好，力学性能高，用于性好，力
35、学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等导风轮等。压气机叶片压气机叶片压气机叶片压气机叶片lAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金常用牌号有常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等等。用于。用于制造制造150225下工作的零件，如压气机叶片、下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。超音速飞机蒙皮等。精品PPT美美F-117隐身战斗机隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼高比强铝合金机翼精品PPTl2、铸造铝合金、铸造铝合金包括：
36、包括：lAl-Si系：系：代号为代号为ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Cu系：系：代号为代号为ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Mg系：系：代号为代号为ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Zn系：系：代号为代号为ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Si系铸造铝合金系铸造铝合金l又称又称硅铝明硅铝明。其中。其中ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的铝硅二元合的铝硅二元合金，称为金，称为简单硅铝明简单硅铝明。57712.7%精品PPT在普通铸造条件下，在普通铸造条件下，在普通铸造条件下，在普通铸造条件下， ZL102ZL102组织几乎全部为共晶体，组
37、织几乎全部为共晶体，组织几乎全部为共晶体，组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和 固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理, ,得到细得到细得到细得到细小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一次 固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，以提高性能
38、。未变质处理未变质处理经变质处理经变质处理ZL102的铸态组织的铸态组织精品PPTl加入其他合金元素的铝硅铸造加入其他合金元素的铝硅铸造合金称合金称复杂复杂(或特殊或特殊)硅铝明硅铝明。lAl-Si系铸造铝合金的铸造性能系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。性和焊接性能。活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )l用于制造飞机、仪用于制造飞机、仪表、电动机壳体、表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。发动机活塞等。精品PPTlAl-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸这类合金的耐
39、热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。系合金。汽缸头汽缸头l常用代号有常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。等。主要用于主要用于制造在较高温度下工作制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头、汽车活塞等。精品PPTlAl-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差能差,耐热性低。耐热性低。l常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等
40、。等。主要用于制造主要用于制造外形简单、承受冲外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件介质下工作的零件,如舰船配件、氨用如舰船配件、氨用泵体等。泵体等。鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL102、301)精品PPTlAl-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差强化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞大型空压机活塞大型空压机活塞大型空压机活塞( (ZL401)ZL401)l常用代号为常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等等.l主要用
41、于制造形状复主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。飞机、仪器零件。精品PPT第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 l一、工业纯钛一、工业纯钛l纯钛密度小，熔点高。纯钛密度小，熔点高。882.5发生同素异构转发生同素异构转变变 -Ti -Ti,由体心立由体心立方方 -Ti转变为密排六方转变为密排六方 -Ti.l纯钛比强度高，塑性、纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。低温韧性和耐蚀性好。美美F-22战机约战机约36%重重量的零件用钛合金制造量的零件用钛合金制造精品PPTl纯钛主要用于纯钛主要用于350以下工作、强度要求以下工作、强度要求不高的零件，如石油不高的零件
42、，如石油化工用热交换器、反化工用热交换器、反应器，海水净化装置应器，海水净化装置及舰船零部件。及舰船零部件。钛钢复合反应釜钛钢复合反应釜钛管换热器钛管换热器钛制蒸馏塔钛制蒸馏塔精品PPTl二、钛合金二、钛合金l纯钛加入合金元素形成钛合金。纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度.l按退火组织，钛合金可分按退火组织，钛合金可分为为 型钛合金、型钛合金、 型钛合金型钛合金和和 + 型钛合金三类，它型钛合金三类，它们的牌号分别用们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示加顺序号表示。如。如TA
43、5、TB2、TC4等。其等。其中中TA0TA3为工业纯钛。为工业纯钛。钛合金泵钛合金泵精品PPTl1、 型钛合金型钛合金l主加元素为铝，还有锡、主加元素为铝，还有锡、硼等。硼等。l不能热处理强化，通常不能热处理强化，通常在退火状态下使用在退火状态下使用,组织组织为单相为单相 固溶体固溶体。l强度低于另两类钛合金，强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越及耐蚀性优越。钛合金氢泵钛合金氢泵诱导轮诱导轮钛合金氢泵壳体钛合金氢泵壳体精品PPTl常用牌号有常用牌号有TA5、TA7等等l主要用于制造主要用于制造500以下工以下工作的零件，如飞机压气机叶作的零件，如飞机压气
44、机叶片、导弹的燃料罐、超音速片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。高压低温容器等。钛合金卫星框架钛合金卫星框架钛合金液下泵钛合金液下泵 -Ti合金组织合金组织精品PPTl2、 型钛合金型钛合金l加入的合金元素有钼、加入的合金元素有钼、铬、钒、铝等。铬、钒、铝等。l经淬火加时效处理后，经淬火加时效处理后，组织为组织为 相基体上分布相基体上分布着细小的着细小的 相粒子。相粒子。l这类合金强度高，但冶这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接炼工艺复杂，难于焊接,应用受到限制应用受到限制。钛合金管钛合金管钛合金管应用钛合金管应用精品PPTl 型钛合金型
45、钛合金有有TB2、TB3、TB4三个牌号三个牌号。主要用于主要用于350以下工作的结构件和以下工作的结构件和紧固件紧固件,如飞机压气机叶片如飞机压气机叶片、轴轴、弹簧弹簧、轮盘等轮盘等。钛合金棒钛合金棒钛合金眼镜架钛合金眼镜架钛离心泵钛离心泵精品PPTl3、 + 型钛合金型钛合金l加入的合金元素有铝、钒、加入的合金元素有铝、钒、钼钼铬等。铬等。l可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。热强性、耐蚀性和低温韧性。钛钛合合金金列列管管式式换换热热器器精品PPTl + 型钛合金共有九个牌号型钛合金共有九个牌号,其其中以中以TC
46、4应用最广、用量最大，应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后其经过淬火加时效处理后,组织为组织为 + +时效析出的针状时效析出的针状 。+钛合金组织钛合金组织(电镜电镜)+钛合金组织钛合金组织精品PPTl + 型钛合金型钛合金主要用于制造主要用于制造400以下工作的飞机压气以下工作的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部火箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等件及舰船耐压壳体等。生物医用材料生物医用材料飞飞机机压压气气机机叶叶片片精品PPT第四节第四节 镁及镁合金镁及镁合金 镁及其合金是最轻的结构材料之一镁及其合金是最轻的结构材料之一,由于镁合金
47、具有由于镁合金具有优良的导电性、导热性、电磁屏蔽性能、高的比度、优良的导电性、导热性、电磁屏蔽性能、高的比度、比刚度、减震性、加工工艺性能和易回收、有利于比刚度、减震性、加工工艺性能和易回收、有利于环保等特性环保等特性,因此早已引起航空工业和汽车工业注意。因此早已引起航空工业和汽车工业注意。精品PPTl镁合金的研究和应用至今有一百多年的历史。镁在镁合金的研究和应用至今有一百多年的历史。镁在1755年年被首次发现，被首次发现，1808年英国科学家戴维在实验室从汞合金中年英国科学家戴维在实验室从汞合金中制得纯镁。制得纯镁。1830年英国科学家法拉第用电化学的方法从熔年英国科学家法拉第用电化学的方法
48、从熔融氯化镁获得镁。融氯化镁获得镁。1886年在德国的年在德国的Bremen附近创建了世界附近创建了世界上第一个电解镁厂，开始镁的工业化生产。上第一个电解镁厂，开始镁的工业化生产。l二战期间，镁合金的研究与应用获得较大发展，二战结束二战期间，镁合金的研究与应用获得较大发展，二战结束后，在民用工业上开始开发和应用镁合金，后来由于镁合后，在民用工业上开始开发和应用镁合金，后来由于镁合金研究遇到困难和价格因素，使镁合金材料的研发停滞不金研究遇到困难和价格因素，使镁合金材料的研发停滞不前。进入前。进入20世纪世纪90年代中期，由于环境和能源问题越来越年代中期，由于环境和能源问题越来越突出，因此又重新唤
49、起人们对镁的重视。近年来，镁合金突出，因此又重新唤起人们对镁的重视。近年来，镁合金的研究与开发成为金属材料领域的热点。的研究与开发成为金属材料领域的热点。精品PPTl一、镁合金的研究开发概况一、镁合金的研究开发概况l目目前前在在汽汽车车行行业业中中,镁镁合合金金材材料料主主要要应应用用于于车车内内部部件件、发发动动机机部部件件、传传动动系系统统部部件件等等,其其使使用用或或正正在在开开发发的的铸铸件件有有:仪仪表表盘盘骨骨架架、阀阀壳壳、齿齿轮轮箱箱、座座椅椅骨骨架架、转转向向盘盘、变变速速箱箱壳壳体体、离离合合器器外外壳壳、缸缸盖盖、进进气气歧歧管管、车车轮轮、车车门门框框架架、前前灯灯支支
50、承承托托架架、制制动动/离离合合器器踏板托架、驾驶杆等几十种产品踏板托架、驾驶杆等几十种产品。精品PPTl一、镁合金的研究开发概况一、镁合金的研究开发概况l目目前前镁镁合合金金应应用用发发展展势势头头最最大大的的国国家家和和地地区区是是:北北美美和欧洲、日本、韩国和中国台湾地区。和欧洲、日本、韩国和中国台湾地区。l在北美、欧洲在北美、欧洲,镁合金主要应用领域是汽车行业镁合金主要应用领域是汽车行业;l亚亚洲洲各各国国普普遍遍侧侧重重于于镁镁合合金金在在3C类类产产品品上上的的应应用用。变形镁合金也开始受到各国重视。变形镁合金也开始受到各国重视。精品PPTl二、镁合金成型工艺进展二、镁合金成型工艺
51、进展l(1)镁合金熔炼技术镁合金熔炼技术l镁镁化化学学性性质质较较活活泼泼,在在大大气气中中熔熔炼炼时时,镁镁合合金金容容易易氧氧化化和和燃燃烧烧,因因此此常常采采用用合合金金液液阻阻燃燃技技术术和和变变质质处处理理技技术。术。l(2)镁合金铸造成型技术镁合金铸造成型技术l生生产产工工艺艺主主要要是是铸铸造造工工艺艺和和变变形形工工艺艺,铸铸造造工工艺艺主主要要有有压压力力铸铸造造、砂砂型型铸铸造造、低低压压铸铸造造、精精密密铸铸造造、挤挤压压铸铸造造和和半半固固态态压压力力铸铸造造等等,变变形形工工艺艺主主要要为为锻锻造造和和冲压。铸造成形方法中以压力铸造应用最广泛。冲压。铸造成形方法中以压
52、力铸造应用最广泛。精品PPTl三、新型镁合金材料开发及存在的主要问题三、新型镁合金材料开发及存在的主要问题l(1)高温抗蠕变镁合金高温抗蠕变镁合金l(2)高韧性镁合金高韧性镁合金l(3)高强度镁合金高强度镁合金l(4)高耐腐蚀性镁合金高耐腐蚀性镁合金l(5)变形镁合金变形镁合金精品PPTl四、抗蠕变耐热镁合金四、抗蠕变耐热镁合金镁合金的高温变形特点是晶内位错运动与晶界镁合金的高温变形特点是晶内位错运动与晶界滑移相结合。因此，耐热镁合金的设计思路是：遵滑移相结合。因此，耐热镁合金的设计思路是：遵循强化基体与晶界、限制基体位错运动及阻止晶界循强化基体与晶界、限制基体位错运动及阻止晶界滑移的原则，综
53、合运用基体的固溶强化、时效强化滑移的原则，综合运用基体的固溶强化、时效强化和弥散强化，以及弥散小颗粒对晶界的钉扎作用等和弥散强化，以及弥散小颗粒对晶界的钉扎作用等复合强化机制，实现提高镁合金耐热性的目的。复合强化机制，实现提高镁合金耐热性的目的。精品PPTl从从限限制制位位错错运运动动和和强强化化晶晶界界入入手手，通通过过引引入入热热稳稳定定性性高高的的第第二二相相、在在晶晶界界处处形形成成适适当当的的金金属属间间化化合合物物取取代代晶晶界界上上原原有有的的存存在在相相等等手手段段可可实实现现提提高高镁镁合合金金高高温温蠕蠕变变抗抗力力的的目目的的。在在镁镁合合金金中中加加入入能能形形成成较较
54、高高结结构构稳稳定定性性的的金金属属间间化化合合物物的的合合金金元元素素，是是改改善善镁镁合金抗蠕变性能最有效的途径。合金抗蠕变性能最有效的途径。精品PPT合金元合金元素素对镁合金性能的影响对镁合金性能的影响Al低温下固溶强化、沉淀强化；增加合金的流动性低温下固溶强化、沉淀强化；增加合金的流动性RE增加合金的流动性；高温和低温下固溶强化、沉淀强化；增加合金的流动性；高温和低温下固溶强化、沉淀强化；提高耐蚀性能提高耐蚀性能Th有效提高合金的高温强度和抗蠕变性能有效提高合金的高温强度和抗蠕变性能Y细化晶粒；提高合金的高温强度和抗蠕变性能；提高耐细化晶粒；提高合金的高温强度和抗蠕变性能；提高耐蚀性能
55、蚀性能Zn增加合金的流动性；固溶强化增加合金的流动性；固溶强化Zr细化晶粒；和细化晶粒；和Fe、Al、Si元素亲和提高合金室温抗拉强元素亲和提高合金室温抗拉强度度Mn形成形成Fe-Mn化合物沉淀强化；细化晶粒；提高合金抗蠕化合物沉淀强化；细化晶粒；提高合金抗蠕变性能和耐蚀性能变性能和耐蚀性能Si降低合金流动性；和降低合金流动性；和Al，Zn，Mg元素亲和细化晶粒；元素亲和细化晶粒；提高合金抗蠕变性能提高合金抗蠕变性能精品PPTlMg-Al及及Mg-Zn系合金系合金:lMg-Al及及Mg-Zn系系合合金金是是最最早早用用于于铸铸件件生生产产的的二二元元系系镁镁合合金金，许许多多新新型型的的镁镁合
56、合金金均均是是在在这这两两类类合合金金的的基基础础上上开开发发出出来来的的。这这两两类类镁镁合合金金的的抗抗蠕蠕变变耐耐热热性性能能均均不不高高。提提高高镁镁合合金金高高温温抗抗蠕蠕变变性性能能。通通常常采采用用的的方方法法是是降降低低铝铝含含量量，以以减减少少熔熔点点低低且且在在高高温温下下容容易易软软化化和和粗粗化化的的Mg17Al12相相。此此外外，还还可可加加入入容容易易形形成成较较高高稳稳定定性性弥弥散散相相的的合合金金元元素素，以以形形成成热热稳稳定定性性高高的的金金属属间间化化合合物物，从从而而改改善善镁镁合合金金的的高高温温蠕蠕变变性性能能精品PPTlMg-RE系耐热镁合金系耐
57、热镁合金l对对于于铸铸造造镁镁合合金金而而言言，稀稀土土是是改改善善其其耐耐热热性性能能最最为为有有效效和和最最具具实实用用价价值值的的合合金金元元素素，这这是是因因为为：(1)稀稀土土使使晶晶界界扩扩散散渗渗透透性性降降低低，相相界界的的凝凝聚聚作作用用减减慢慢，且且所所形形成成的的第第二二相相在在整整个个持持续续时时间间内内始始终终是是位位错错运运动动的的有有效效障障碍碍；(2)稀稀土土元元素素可可减减少少金金属属氧氧化化物物缺缺陷陷以以及及改改变变其其结结晶晶晶晶格格参参数数；(3)大大部部分分稀稀土土元元素素与与Mg的的原原子子尺尺寸寸接接近近，以以稀稀土土为为主主要要合合金金元元素素
58、的的铸铸造造Mg合合金金，在在室室温温和和高高温温下下固固溶溶强强化化和和沉沉淀淀效效果果好好，特特别别是是在在Mg中中加加入入三三价价稀稀土土元元素素后后电电子子浓浓度度提提高高，原原子子结结合合力力增增强强，在在200-300之之间间固固溶溶度度变变化化较较小小，时时效效析析出出比比较较均均匀匀，相相界界附附近近浓浓度度梯梯度度变变化化较较小小。上上述述因因素素有有助助于于阻阻止止高高温温下下Mg合合金金的的晶晶界界迁迁移移和和减减小小扩扩散散蠕蠕变变，从从而而使使镁镁合合金金具具有有优优良良的的高高温温抗抗蠕变性能。蠕变性能。精品PPT 储氢材料储氢材料 精品PPT一、绪言氢二十一世纪的
59、绿色能源氢二十一世纪的绿色能源;精品PPT1.1 能源危机与环境问题能源危机与环境问题l化石能源的有限性与人类需求的无限性石油、化石能源的有限性与人类需求的无限性石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭！（科技日报，！（科技日报，2004年年2月月25日，第二版）日，第二版）l化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾难化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾难温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！l人类的出路何在？新能源研究势在必行！人类的出路何在？新能源研究势在必行！精品PPT1. 2 氢能开发，大
60、势所趋氢能开发，大势所趋X氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽不存在枯竭问题不存在枯竭问题X氢的热值高，燃烧产物是水零排放，无污染氢的热值高，燃烧产物是水零排放，无污染，可循环利用，可循环利用X氢能的利用途径多燃烧放热或电化学发电氢能的利用途径多燃烧放热或电化学发电X氢的储运方式多气体、液体、固体或化合物氢的储运方式多气体、液体、固体或化合物精品PPT1.3 实现氢能经济的关键技术实现氢能经济的关键技术l廉价而又高效的制氢技术廉价而又高效的制氢技术l安全高效的储氢技术开发新型高效的储氢材安全高效的储氢技术开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急料
61、和安全的储氢技术是当务之急l车用氢气存储系统目标：车用氢气存储系统目标：IEA:质量储氢容量质量储氢容量5%;体积容量体积容量50kg(H2)/m3DOE:6.5%,62kg(H2)/m3精品PPT二、不同储氢方式的比较二、不同储氢方式的比较气态储氢：气态储氢：1)能量密度低能量密度低2)不太安全不太安全液化储氢：液化储氢：1)能耗高能耗高2)对储罐绝热性能要求高对储罐绝热性能要求高精品PPT固态储氢的优势：固态储氢的优势：1)体积储氢容量高体积储氢容量高2)无需高压及隔热容器无需高压及隔热容器3)安全性好，无爆炸危险安全性好，无爆炸危险4)可得到高纯氢，提高氢的附加值可得到高纯氢，提高氢的附
62、加值精品PPT2.1 体积比较体积比较精品PPT2.2 氢含量比较氢含量比较精品PPT三、储氢材料技术现状三、储氢材料技术现状l3.1金属氢化物金属氢化物l3.2配位氢化物配位氢化物l3.3纳米材料纳米材料精品PPT金属氢化物储氢特点金属氢化物储氢特点l反应可逆反应可逆l氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠l较高的储氢体积密度较高的储氢体积密度Abs.Des.M+x/2H2MHx+H精品PPTPosition for H occupied at HSM HydrogenonTetrahedralSitesHydrogenonOctahedralSites精品
63、PPT3.1 金属氢化物储氢金属氢化物储氢目前研制成功的：目前研制成功的：稀土镧镍系稀土镧镍系钛铁系钛铁系镁系镁系钛钛/锆系锆系精品PPT稀土镧镍系储氢合金稀土镧镍系储氢合金v典型代表：典型代表：LaNi5,荷兰荷兰Philips实验室首先研制实验室首先研制v特点：特点：活化容易活化容易平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小抗杂质气体中毒性能好抗杂质气体中毒性能好适合室温操作适合室温操作v经元素部分取代后的经元素部分取代后的MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土，主要混合稀土，主要成分成分La、Ce、Pr、Nd)广泛用于广泛用于镍镍/
64、氢电池氢电池精品PPTPCT curves of LaNiLaNi5 5 alloy alloy 精品PPT钛铁系钛铁系典型代表：典型代表：TiFe，美，美Brookhaven国家实验室国家实验室首先发明首先发明价格低价格低室温下可逆储放氢室温下可逆储放氢易被氧化易被氧化活化困难活化困难抗杂质气体中毒能力差抗杂质气体中毒能力差实际使用时需对合金进行表面改性处理实际使用时需对合金进行表面改性处理精品PPTPCTcurvesofTiFealloyTiFe(40)精品PPTTiFeTiFe alloy alloyCharacteristics:vtwohydridephases;v phase(Ti
65、FeH1.04)& phase(TiFeH1.95)v2.13TiFeH0.10+1/2H22.13TiFeH1.04v2.20TiFeH1.04+1/2H22.20TiFeH1.95精品PPT镁系镁系典型代表：典型代表：Mg2Ni，美，美Brookhaven国家实国家实验室首先报道验室首先报道储氢容量高储氢容量高资源丰富资源丰富价格低廉价格低廉放氢温度高（放氢温度高（250300）放氢动力学性能较差放氢动力学性能较差改进方法：机械合金化加改进方法：机械合金化加TiFe和和CaCu5球球磨，或复合磨，或复合精品PPT钛钛/锆系锆系具有具有Laves相结构的金属间化合物相结构的金属间化合物原子间
66、隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸附附TiMn1.5H2.5日本松下（日本松下（1.8）Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4活性好活性好用于：氢汽车储氢、电池负极用于：氢汽车储氢、电池负极Ovinic精品PPT3.2 配位氢化物储氢配位氢化物储氢l碱金属（碱金属（Li、Na、K）或碱土金属（）或碱土金属（Mg、Ca）与第三主族元素与第三主族元素(B、Al)形成形成l储氢容量高储氢容量高l再氢化难再氢化难(LiAlH4在在TiCl3、TiCl4等催化下等催化下180，8MPa氢压下获得氢压下获得5的可逆储放氢容量的可逆储放氢容量)
67、精品PPT金属配位氢化物的的主要性能金属配位氢化物的的主要性能精品PPT3.3 碳纳米管（碳纳米管（CNTs）1991年日本年日本NEC公司公司Iijima教授发现教授发现CNTs精品PPT纳米碳管储氢纳米碳管储氢-美学者美学者Dillon1997首开先河首开先河单壁纳米碳管束单壁纳米碳管束TEM照照片片多壁纳米碳管多壁纳米碳管TEM照照片片精品PPT纳米碳管吸附储氢：纳米碳管吸附储氢：HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR，RT，10MPa)精品PPT纳米碳管电化学储氢纳米碳管电化学储氢
68、开口多壁MoS2纳米管及其循环伏安分析循环伏安曲线精品PPT纳米碳管电化学储氢纳米碳管电化学储氢精品PPT多壁纳米碳管电极循环充放电曲线，经过100充放电后保持最大容量的70单壁纳米碳管循环充放电曲线，经过100充放电后保持最大容量的80精品PPT碳纳米管电化学储氢小结碳纳米管电化学储氢小结1.纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为1157mAh/g，相当于，相当于4.1重量储氢容量。经重量储氢容量。经过过100充放电后，其仍保持最大容量的充放电后，其仍保持最大容量的70。2.单壁纳米碳管最大放电容量为单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g，相当于相当于1
69、.84重量储氢容量。经过重量储氢容量。经过100充放充放电后，其仍保持最大容量的电后，其仍保持最大容量的80。精品PPT纳米材料储氢存在的问题：纳米材料储氢存在的问题：l世界范围内所测储氢量相差太大：世界范围内所测储氢量相差太大：0.01（wt）%-67（wt）%,如何准确测定？如何准确测定？l储氢机理如何储氢机理如何精品PPTl l镁基储氢合金镁基储氢合金镁基储氢材料由于储氢量高，质量轻，无污染，镁基储氢材料由于储氢量高，质量轻，无污染，资源丰富，价格低廉，可作为资源丰富，价格低廉，可作为MH-Ni电池的负极候选电池的负极候选材料，用于生产高容量的电池，极有可能成为商业化材料，用于生产高容量
70、的电池，极有可能成为商业化LaNi5的取代者，是一种最有发展前途的储氢材料。的取代者，是一种最有发展前途的储氢材料。镁基储氢材料的吸放氢性能主要取决于体系的吸放氢镁基储氢材料的吸放氢性能主要取决于体系的吸放氢动力学动力学(含吸放氢过程的反应速度和活化能含吸放氢过程的反应速度和活化能)。由于镁。由于镁基储氢材料相结构稳定性高，形成热大，导致体系吸基储氢材料相结构稳定性高，形成热大，导致体系吸放氢性能差，因此限制了其实际应用。放氢性能差，因此限制了其实际应用。精品PPTl1、金属氢化物储氢材料具备的条件、金属氢化物储氢材料具备的条件l(1)容易活化，单位质量、单位体积的吸氢量大；容易活化，单位质量
71、、单位体积的吸氢量大；(2)吸收和释放氢的速度高快，氢扩散速度高，可吸收和释放氢的速度高快，氢扩散速度高，可逆性好；逆性好；(3)有较平坦和较宽的平衡平台压区，平有较平坦和较宽的平衡平台压区，平衡分解压适中，做储氢用时，室温附近的分解压衡分解压适中，做储氢用时，室温附近的分解压应为应为0.2Mpa；(4)吸收、分解过程中的平衡氢压差，吸收、分解过程中的平衡氢压差，即滞后要小；即滞后要小；(5)氢化物生成焓应小；氢化物生成焓应小；(6)寿命长，寿命长，反复吸收氢后，合金粉碎量小，并且衰减慢，性反复吸收氢后，合金粉碎量小，并且衰减慢，性能稳定；能稳定；(7)在空气中稳定，安全性能好，不易受在空气中
72、稳定，安全性能好，不易受N2、O2、水蒸汽、水蒸汽、H2S等杂质气体的毒害；等杂质气体的毒害；(8)价价格低廉、不污染环境、容易制造。格低廉、不污染环境、容易制造。精品PPTl2、吸氢反应原理、吸氢反应原理l(1)先吸收少量的氢，形成先吸收少量的氢，形成含氢固溶体，此时合金结含氢固溶体，此时合金结构保持不变，而其固溶度构保持不变，而其固溶度与固溶体的平衡氢压的平与固溶体的平衡氢压的平方根成正比方根成正比;l(2)固溶体进一步与氢反应，固溶体进一步与氢反应，产生相变，生成氢化物产生相变，生成氢化物;l(3)进一步提高氢压，金属进一步提高氢压，金属中的氢含量略有增加。中的氢含量略有增加。精品PPT
73、l4、吸放氢性能及影响因素、吸放氢性能及影响因素l(1)纳米晶对镁基储氢材料吸放氢性能的影响纳米晶对镁基储氢材料吸放氢性能的影响l(2)催化剂改性对镁基储氢材料吸放氢性能的催化剂改性对镁基储氢材料吸放氢性能的影响影响l(3)不同镁基储氢复合材料的吸放氢性能不同镁基储氢复合材料的吸放氢性能l(4)镁基储氢材料吸放氢性能的基础理论镁基储氢材料吸放氢性能的基础理论精品PPT氢能离我们还有多远？氢能离我们还有多远？E氢能作为最清洁的可再生能源，近氢能作为最清洁的可再生能源，近10多年来发达国家高度多年来发达国家高度重视，中国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究重视，中国近年来也投入巨资进行相关技术开发
74、研究E氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进E氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存E液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车安全性和成本液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车安全性和成本E大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基合金很难常温储放氢、位氢化物的可逆储放氢等需进一合金很难常温储放氢、位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究步开发研究,E碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实用化碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实
75、用化还是个问号还是个问号氢能之路前途光明，道路曲折！氢能之路前途光明，道路曲折！精品PPTl5、研究方向、研究方向l镁基储氢材料当前研究的重点主要围绕改善体系较差的吸放镁基储氢材料当前研究的重点主要围绕改善体系较差的吸放氢性能，镁基储氢材料新合成方法，以固体化学、材料化学、氢性能，镁基储氢材料新合成方法，以固体化学、材料化学、缺陷化学为基础，研究其组成与性能的基本关系，揭示催化缺陷化学为基础，研究其组成与性能的基本关系，揭示催化剂改善镁基储氢材料吸放氢性能的理论机制，加强镁基储氢剂改善镁基储氢材料吸放氢性能的理论机制，加强镁基储氢复合材料制备和体系吸放氢性能研究，研究出合乎人们期望复合材料制备
76、和体系吸放氢性能研究，研究出合乎人们期望值、具有商业价值的镁基储氢复合材料等诸多问题值得进一值、具有商业价值的镁基储氢复合材料等诸多问题值得进一步深入研究。目前镁基储氢材料的设计方法主要是在经验规步深入研究。目前镁基储氢材料的设计方法主要是在经验规律的基础上进行归纳总结，随着量子化学、凝聚态物理等基律的基础上进行归纳总结，随着量子化学、凝聚态物理等基础学科的发展以及计算机计算能力与运行速度的提高，理论础学科的发展以及计算机计算能力与运行速度的提高，理论计算方法在研究镁基储氢材料吸放氢性能方面的作用变得越计算方法在研究镁基储氢材料吸放氢性能方面的作用变得越来越重要。来越重要。精品PPT精品PPT
