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“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目启动,将解决世界级难题

2017-11-13 08:38:59 厦门天研仪器有限公司 阅读

近日,由钢铁研究总院牵头组织的国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”专项“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目启动会成功召开。

据了解,“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目于2017年7月开始,2021年6月结束;总预算4275万元,其中中央财政专项经费1875万元;项目负责人由钢铁研究总院分析测试所所长/教授级高工贾云海担任。项目目标,验收后3年内达到年产整机50台套的生产能力,实现产值2.5亿元,为航空、核电、高铁等重要行业提供测试技术支撑。

航空高温合金涡轮盘、核电管道、高铁车轮等大尺度金属构件是重大工程关键核心部件,而米级大尺度金属构件成分偏析与夹杂物是这些行业关键部件失效的重要因素。但是目前国内外还没有直接测量大尺度金属构件成分偏析度与夹杂物的手段,通常使用的酸浸低倍、硫印等传统方法效率低且不能定量表征。钢铁研究总院曾在国际上首创了火花金属原位分析仪,不过其所解决的是小尺寸平面金属样品(小于100mm*100mm)的偏析度及夹杂物测量,仍然无法直接分析米级大尺度金属构件的偏析度及夹杂物。因此,目前如何在米级尺度上快速获得高分辨率成分信息是世界级难题。

面对这一技术现状以及市场需求,由国务院国有资产监督管理委员会推荐、钢铁研究总院牵头承担的“重大科学仪器设备开发”专项“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目正式启动。

该项目项目分为“高稳定性连续激发单火花光谱分析技术研究”、“皮秒激光光谱金属构件分析技术研究”、“基于CMOS的高分辨堆叠光栅光学系统研究”、“全自动加工与监测系统研究”、“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪整机研制”、“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪工程化和产业化”、“大尺度高速铁路车轮坯件成分偏析度与夹杂物分析方法研究”、“大尺度航空高温合金涡轮盘坯件及核电钢管道成分偏析度与夹杂物分析方法研究”8个课题;项目参与单位有中国科学院沈阳自动化研究所、北京机电院机床有限公司、马鞍山钢铁股份有限公司、北京科技大学、宁波英飞迈材料科技有限公司、钢研纳克检测技术有限公司。

“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目中的“双光源”为单火花光源和皮秒激光光源。火花光源分析表面接近平面的构件,而激光光源可分析曲面构件;对于火花源,本项目着力解决器件长时间发热对光源参数的影响,实现长时间(大于10小时)的稳定连续激发;对于激光源则以实现光斑最小能达到5um、斑点大小的高速度/高精度自动控制为目的。

与双光源相匹配,除了经典的光电倍增管罗兰圆光学系统外,本项目还将研制基于CMOS的高分辨堆叠光栅光学系统。CMOS探测器与合理组合的20块1800刻线/mm平面光栅相结合,以期实现0.015nm的分辨率、170-670nm的光谱范围。另外,本项目在自动化方面有较大提升,将大尺度金属构件的加工与检测进行整合,在完成构件的加工后自动进行偏析度与夹杂物的测量。

据项目负责人贾云海教授介绍,“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目的主要创新点包括突破小尺寸平面样品到大尺度平面/非平面金属构件偏析度及夹杂物分析技术,首次研制大尺度构件表面加工、精准定位扫描、成分偏析度及夹杂物光谱分析一体化全自动分析系统,首次实现激光/单火花双光源光谱分析系统,研制高精度门控全数字固态激发光源,形成大尺度偏析度及夹杂物表征模型等。

“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目目标是,在项目中期,研制行程具有一定功能的双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪成套仪器样机;通过在航空高温合金涡轮盘、核电钢管道、高铁车轮等方面的应用开发,形成具有自主知识产权、功能健全、质量稳定可靠的双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪器;项目验收后3年内,达到年产整机50台套的生产能力,实现产值2.5亿元,为航空、核电、高铁等重要行业提供测试技术支撑。

科技部高技术研究发展中心项目主管刘进长研究员、科技部高技术研究发展中心项目主管赵亮、国务院国资委综合局科技处项目主管任檬、中国钢研科技集团有限公司王海舟院士;责任专家北京理工大学邓玉林教授、中国科学院微电子研究所夏洋研究员;技术专家中国分析测试协会吴波尔副理事长、北京市计量科学研究院化学所沈正生研究员、中国地质大学(武汉)胡圣虹教授、北京科技大学刘杰民教授、哈尔滨工业大学刘俭教授、北京机电院高技术股份有限公司黄天石高级工程师;用户委员宝山钢铁股份有限公司分析测试研究中心张毅教授级高工、唐山钢铁集团有限公司生产制造部张希清高级工程师、中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司谢静高级工程师、马鞍山钢铁股份有限公司宋祖峰高级工程师、钢铁研究总院党委副书记刘伟钢及项目参与人员等40余人应邀出席会议。

钢铁研究总院科技处处长张国强主持启动会,科技部高技术研究发展中心刘进长研究员对国家重大科学仪器设备开发专项的管理方针、政策进行了宣贯,对项目实施提出了明确的要求。国务院国资委综合局科技处项目主管任檬、钢铁研究总院党委副书记刘伟钢为会议致辞。中国科学院微电子研究所夏洋研究员作为仪器专项总体专家组组长及本项目责任专家进行了技术管理规范等的讲解,夏洋指出责任专家的职责包括沟通协调、管理、创新服务等工作。

根据专项管理办法的要求,启动会首先成立了“项目总体组”、“项目技术专家组”、“项目用户委员会”,并颁发聘书。项目负责人贾云海教授代表项目组介绍了项目实施方案,项目管理办公室文志旻介绍了项目管理办法,并提请大会审议。

与会领导和专家对项目实施方案和组织管理办法等进行了讨论和交流,为项目提出了许多有意义的建议。如专家指出:应加强和用户的需求对接,加强仪器分辨率、检出限等指标,形成国标、行标等,为用户提供使用参考;光源连续激发十小时对自身稳定性挑战较高;火花、激光两个研发单位的整合,两套光源的分工、集成,其逻辑关系的梳理应不能影响项目进度,应提前设计保证整体任务的完成;项目执行过程中,应充分发挥管理班子的作用,前期进度应能保证产业化、工程化的顺利实施。

项目组还邀请了财务专家对课题负责人、财务人员及科研财务助理进行了财务管理规范培训。