航空高溫合金渦輪盤、核電管道、高鐵車輪等大尺度金屬構(gòu)件是重大工程關(guān)鍵核心部件，而米級(jí)大尺度金屬構(gòu)件成分偏析與夾雜物是這些行業(yè)關(guān)鍵部件失效的重要因素。但是目前國(guó)內(nèi)外還沒有直接測(cè)量大尺度金屬構(gòu)件成分偏析度與夾雜物的手段，通常使用的酸浸低倍、硫印等傳統(tǒng)方法效率低且不能定量表征。鋼鐵研究總院曾在國(guó)際上首創(chuàng)了火花金屬原位分析儀，不過其所解決的是小尺寸平面金屬樣品（小于100mm*100mm）的偏析度及夾雜物測(cè)量，仍然無(wú)法直接分析米級(jí)大尺度金屬構(gòu)件的偏析度及夾雜物。因此，目前如何在米級(jí)尺度上快速獲得高分辨率成分信息是世界級(jí)難題。

面對(duì)這一技術(shù)現(xiàn)狀以及市場(chǎng)需求，由國(guó)務(wù)院國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)推薦、鋼鐵研究總院牽頭承擔(dān)的“重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)”專項(xiàng)“雙光源全自動(dòng)大尺度金屬構(gòu)件成分偏析度分析儀”項(xiàng)目正式啟動(dòng)。

該項(xiàng)目項(xiàng)目分為“高穩(wěn)定性連續(xù)激發(fā)單火花光譜分析技術(shù)研究”、“皮秒激光光譜金屬構(gòu)件分析技術(shù)研究”、“基于CMOS的高分辨堆疊光柵光學(xué)系統(tǒng)研究”、“全自動(dòng)加工與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究”、“雙光源全自動(dòng)大尺度金屬構(gòu)件成分偏析度分析儀整機(jī)研制”、“雙光源全自動(dòng)大尺度金屬構(gòu)件成分偏析度分析儀工程化和產(chǎn)業(yè)化”、“大尺度高速鐵路車輪坯件成分偏析度與夾雜物分析方法研究”、“大尺度航空高溫合金渦輪盤坯件及核電鋼管道成分偏析度與夾雜物分析方法研究”8個(gè)課題;項(xiàng)目參與單位有中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、北京機(jī)電院機(jī)床有限公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司、北京科技大學(xué)、寧波英飛邁材料科技有限公司、鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司。

“雙光源全自動(dòng)大尺度金屬構(gòu)件成分偏析度分析儀”項(xiàng)目中的“雙光源”為單火花光源和皮秒激光光源?；鸹ü庠捶治霰砻娼咏矫娴臉?gòu)件，而激光光源可分析曲面構(gòu)件;對(duì)于火花源，本項(xiàng)目著力解決器件長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱對(duì)光源參數(shù)的影響，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間（大于10小時(shí)）的穩(wěn)定連續(xù)激發(fā);對(duì)于激光源則以實(shí)現(xiàn)光斑最小能達(dá)到5um、斑點(diǎn)大小的高速度/高精度自動(dòng)控制為目的。

與雙光源相匹配，除了經(jīng)典的光電倍增管羅蘭圓光學(xué)系統(tǒng)外，本項(xiàng)目還將研制基于CMOS的高分辨堆疊光柵光學(xué)系統(tǒng)。CMOS探測(cè)器與合理組合的20塊1800刻線/mm平面光柵相結(jié)合，以期實(shí)現(xiàn)0.015nm的分辨率、170-670nm的光譜范圍。另外，本項(xiàng)目在自動(dòng)化方面有較大提升，將大尺度金屬構(gòu)件的加工與檢測(cè)進(jìn)行整合，在完成構(gòu)件的加工后自動(dòng)進(jìn)行偏析度與夾雜物的測(cè)量。

據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人賈云海教授介紹，“雙光源全自動(dòng)大尺度金屬構(gòu)件成分偏析度分析儀”項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括突破小尺寸平面樣品到大尺度平面/非平面金屬構(gòu)件偏析度及夾雜物分析技術(shù)，首次研制大尺度構(gòu)件表面加工、精準(zhǔn)定位掃描、成分偏析度及夾雜物光譜分析一體化全自動(dòng)分析系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)激光/單火花雙光源光譜分析系統(tǒng)，研制高精度門控全數(shù)字固態(tài)激發(fā)光源，形成大尺度偏析度及夾雜物表征模型等。

“雙光源全自動(dòng)大尺度金屬構(gòu)件成分偏析度分析儀”項(xiàng)目目標(biāo)是，在項(xiàng)目中期，研制行程具有一定功能的雙光源全自動(dòng)大尺度金屬構(gòu)件成分偏析度分析儀成套儀器樣機(jī);通過在航空高溫合金渦輪盤、核電鋼管道、高鐵車輪等方面的應(yīng)用開發(fā)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、功能健全、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的雙光源全自動(dòng)大尺度金屬構(gòu)件成分偏析度分析儀器;項(xiàng)目驗(yàn)收后3年內(nèi)，達(dá)到年產(chǎn)整機(jī)50臺(tái)套的生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值2.5億元，為航空、核電、高鐵等重要行業(yè)提供測(cè)試技術(shù)支撐。

科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心項(xiàng)目主管劉進(jìn)長(zhǎng)研究員、科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心項(xiàng)目主管趙亮、國(guó)務(wù)院國(guó)資委綜合局科技處項(xiàng)目主管任檬、中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司王海舟院士;責(zé)任專家北京理工大學(xué)鄧玉林教授、中國(guó)科學(xué)院微電子研究所夏洋研究員;技術(shù)專家中國(guó)分析測(cè)試協(xié)會(huì)吳波爾副理事長(zhǎng)、北京市計(jì)量科學(xué)研究院化學(xué)所沈正生研究員、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）胡圣虹教授、北京科技大學(xué)劉杰民教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉儉教授、北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司黃天石高級(jí)工程師;用戶委員寶山鋼鐵股份有限公司分析測(cè)試研究中心張毅教授級(jí)高工、唐山鋼鐵集團(tuán)有限公司生產(chǎn)制造部張希清高級(jí)工程師、中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)德陽(yáng)萬(wàn)航模鍛有限責(zé)任公司謝靜高級(jí)工程師、馬鞍山鋼鐵股份有限公司宋祖峰高級(jí)工程師、鋼鐵研究總院黨委副書記劉偉鋼及項(xiàng)目參與人員等40余人應(yīng)邀出席會(huì)議。