打造國內(nèi)外高水平鎂合金研發(fā)和國際合作核心基地——國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心

打造國內(nèi)外高水平鎂合金研發(fā)和國際合作核心基地
——國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心

工程中心主任潘復(fù)生教授

國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心(以下簡(jiǎn)稱工程中心)于2007年經(jīng)國家科技部批準(zhǔn)組建，以重慶大學(xué)為依托單位，工程中心技術(shù)委員會(huì)由鎂行業(yè)國內(nèi)外著名專家學(xué)者19人組成，技術(shù)委員會(huì)主任由曾蘇民院士擔(dān)任，工程中心主任由潘復(fù)生教授擔(dān)任。

在師昌緒等院士的關(guān)心與指導(dǎo)下，工程中心于2007年成為第一個(gè)鎂合金國家"973"項(xiàng)目的牽頭單位，2008年被國家科技部批準(zhǔn)為國家級(jí)國際聯(lián)合研究中心，2009年獲準(zhǔn)組建教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，2010年底以全國第一名的優(yōu)秀成績(jī)通過科技部的評(píng)估驗(yàn)收，2011年國家民政部和中國科協(xié)批準(zhǔn)工程中心牽頭成立全國鎂合金材料及應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)。牽頭組織的《鎂及合金雜志》即將在國外國際著名出版社出版。

工程中心下設(shè)鎂合金新材料研究所、熔煉與鑄造研究所、塑性成形研究所、表面工程與連接研究所、分析測(cè)試中心和中試及產(chǎn)業(yè)化基地。經(jīng)過近6年的發(fā)展，在整體規(guī)模、隊(duì)伍建設(shè)、平臺(tái)建設(shè)和科研水平等方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，現(xiàn)已成為國際上綜合實(shí)力最強(qiáng)的鎂合金研發(fā)機(jī)構(gòu)之一。

1 研究方向

工程中心匯集了一批優(yōu)秀的中青年學(xué)術(shù)帶頭人，形成了以潘復(fù)生教授、劉慶教授、聶建峰教授、龍思遠(yuǎn)教授、彭曉東教授、張靜教授、張丁非教授等為學(xué)術(shù)帶頭人的實(shí)力雄厚、年齡結(jié)構(gòu)合理、學(xué)科交叉的科研團(tuán)隊(duì)，并發(fā)展了以下5個(gè)主要研究方向。

鎂合金應(yīng)用基礎(chǔ)及新材料 主要研究?jī)?nèi)容涉及鎂合金材料的結(jié)構(gòu)性能表征，材料強(qiáng)韌化機(jī)制，凝固過程模擬，鎂合金基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)，高強(qiáng)度、高塑性、耐熱和超輕鎂合金材料及鎂基功能材料的研究與開發(fā)等。

鎂合金熔煉與鑄造成型技術(shù) 主要研究鎂合金熔體精煉變質(zhì)技術(shù)、氣體保護(hù)技術(shù)、熔體純凈化技術(shù)、變形鎂合金坯料的精煉和半連續(xù)鑄造技術(shù)、鎂合金壓鑄技術(shù)、擠壓鑄造技術(shù)、薄帶連鑄技術(shù)、廢料綜合處理和利用技術(shù)等。

鎂合金塑性成形及板型材加工技術(shù) 針對(duì)汽車、軌道車輛、航空航天、國防軍工、3C產(chǎn)品等領(lǐng)域的需求，深入研究鎂合金板材軋制技術(shù)、鎂合金板材擠壓－軋制技術(shù)、鎂合金沖壓成形技術(shù)、鎂合金型材擠壓加工技術(shù)、鎂合金型材矯直技術(shù)、相關(guān)模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等。

鎂合金產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù) 以汽車、摩托車、軌道交通、3C產(chǎn)品為主要應(yīng)用目標(biāo)，研究鎂合金產(chǎn)品集成應(yīng)用技術(shù)體系，建設(shè)鎂合金壓鑄與變形產(chǎn)品研究平臺(tái)，開發(fā)鎂合金板材沖壓工藝及相關(guān)設(shè)備技術(shù)，研發(fā)鎂合金表面處理技術(shù)和連接技術(shù)。

鎂合金專用設(shè)備技術(shù) 針對(duì)鎂合金新材料的開發(fā)、零部件鑄造成型及表面處理等，進(jìn)行鎂合金壓鑄、半連鑄、熔煉及保護(hù)、表面精加工、焊接等設(shè)備技術(shù)的研究及相關(guān)裝備的開發(fā)和生產(chǎn)，開展鎂合金立式雙輥薄帶連鑄主機(jī)系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)。

2 科研成果

工程中心在堅(jiān)持原有研究特色和方向的基礎(chǔ)上，不斷追求和探索新的學(xué)科領(lǐng)域和研究方向，強(qiáng)調(diào)學(xué)科研究的交叉與融合，堅(jiān)持研究工作的前沿性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性和深入性。2007～2011年間，工程中心先后承擔(dān)了鎂合金領(lǐng)域的國家“973”重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目、國家杰出青年基金、國家自然科學(xué)基金、國家“863”高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目、國家科技攻關(guān)項(xiàng)目、國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目、科技部國際科技合作重大項(xiàng)目、教育部博士點(diǎn)基金、重慶市科技攻關(guān)重大項(xiàng)目、重慶市杰出青年基金等國家和省部級(jí)科研項(xiàng)目50余項(xiàng)，累計(jì)到位經(jīng)費(fèi)6 500多萬元。2007年組建以來，獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技進(jìn)步和自然科學(xué)一、二等獎(jiǎng)5項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專利100余項(xiàng)(是國內(nèi)同期申請(qǐng)材料類國家發(fā)明專利最多的三個(gè)單位之一)，授權(quán)42項(xiàng)，制定國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)著作5部，發(fā)表SCI/EI論文300多篇。開發(fā)新產(chǎn)品、新材料和新技術(shù)60多個(gè)(項(xiàng))，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的成果和產(chǎn)品數(shù)百個(gè)。在以下幾個(gè)方面研究取得了重要進(jìn)展。

2.1 鎂合金熔煉與鑄造成型技術(shù)

鎂合金鑄件現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)平臺(tái)建設(shè) 建立了以現(xiàn)代CAD/CAE/RE/RPT為核心的鎂合金產(chǎn)品研發(fā)及其它產(chǎn)品材料替代的設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)與平臺(tái)、鎂合金產(chǎn)品成形過程的虛擬現(xiàn)實(shí)與工藝優(yōu)化平臺(tái)、鎂合金產(chǎn)品生產(chǎn)工藝驗(yàn)證及使用性能檢測(cè)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂合金材料替換、設(shè)計(jì)、優(yōu)化、快速原型制造設(shè)計(jì)，對(duì)支撐我國鎂合金企業(yè)的新產(chǎn)品及其它產(chǎn)品及其成形工藝設(shè)計(jì)開發(fā)發(fā)揮了重要作用。

鎂合金熔煉與保護(hù)技術(shù)和裝備開發(fā) 成功開發(fā)出SF6氣體替代技術(shù)和新型保護(hù)氣體技術(shù)及裝備、熔體連續(xù)供給強(qiáng)度在每小時(shí)200～500 kg范圍內(nèi)的鎂合金柔性熔化技術(shù)和裝備，可提供溫度波動(dòng)范圍小于5℃的熔體;成功開發(fā)出保護(hù)氣氛下的定量半連鑄裝備。

耐熱鎂合金材料與生產(chǎn)技術(shù)開發(fā) 通過對(duì)鎂合金成分、組織、性能控制與模擬、凝固細(xì)晶化技術(shù)等研究，開發(fā)出了適用于汽車動(dòng)力系統(tǒng)的耐熱鎂合金?？谷渥冃阅苓_(dá)到:200℃時(shí)總?cè)渥兞俊?.1%(70 MPa/100 h)，瞬時(shí)抗拉強(qiáng)度Rm≥220 MPa。

鎂合金擠壓鑄造技術(shù)與裝備開發(fā) 所開發(fā)的擠壓鑄造用鎂合金熔體熔化澆注技術(shù)裝備，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定量供料和連續(xù)化生產(chǎn)，供料誤差小于±3%，并建立了鎂合金輪轂擠壓鑄造中試生產(chǎn)線。

鎂合金鑄件與集成應(yīng)用技術(shù)開發(fā) 通過對(duì)鑄件，特別是大型復(fù)雜壓鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析，以及大型復(fù)雜件壓鑄模具設(shè)計(jì)與壓鑄工藝優(yōu)化，開發(fā)出了座椅框架、變速箱、離合器、油底殼等上百種鎂合金壓鑄件。其中，轎車單車最大用鎂量達(dá)到21 kg。開發(fā)的鎂合金產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了在數(shù)百萬輛汽車和數(shù)百萬輛摩托車上的成功應(yīng)用。

汽車用鎂合金鑄件

2.2 鎂合金塑性加工成形技術(shù)

低成本鎂合金板材加工技術(shù)及裝備開發(fā) 重點(diǎn)開展了鎂合金臥式鑄軋關(guān)鍵技術(shù)、鎂合金立式雙輥薄帶連鑄技術(shù)與裝備、鎂合金帶式成卷軋制技術(shù)、鎂合金薄板擠壓－軋制技術(shù)等工藝技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)工作。開發(fā)出國內(nèi)最寬幅的2 m鎂合金板材，建立了鎂合金立式雙輥薄帶連鑄系統(tǒng)及中試平臺(tái)，支撐企業(yè)建立寬幅鎂合金鑄軋板坯產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線和鎂合金板帶擠壓－軋制生產(chǎn)線，年生產(chǎn)板帶能力大于3 000 t。

鎂合金管型材低成本成形技術(shù)開發(fā) 主要針對(duì)新型高成形性鎂合金材料、鎂合金大型管型材制備技術(shù)、快速擠壓技術(shù)等開展了技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品開發(fā)。大型中空型材制品截面的外截圓直徑達(dá)到400 mm以上，為國內(nèi)外最大規(guī)格的鎂合金型材，滿足GB/T5156－2003標(biāo)準(zhǔn)要求。管材擠壓速度4～20 m/min，棒材擠壓速度達(dá)到20～50 m/min。支持國內(nèi)企業(yè)建立了多條鎂合金擠壓材產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。

沖壓技術(shù)及其在3C類產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)開發(fā) 通過鎂合金沖壓模具設(shè)計(jì)、板材溫沖壓工藝、鎂合金板材沖壓的織構(gòu)平衡等研發(fā)，建立了鎂合金板材沖壓模具設(shè)計(jì)和沖壓工藝控制技術(shù)，沖壓產(chǎn)品最小壁厚0.3 mm，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單形狀鎂合金制品的室溫沖壓加工。

工程中心開發(fā)的技術(shù)已支撐了10多家鎂合金企業(yè)的發(fā)展和成長(zhǎng)。其中，由中心技術(shù)支撐的重慶和四川2家投資5億元的鎂合金企業(yè)已成功投入生產(chǎn)。

2.3 鎂合金應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化共性關(guān)鍵技術(shù)

鎂合金表面處理與加工技術(shù)及裝備 進(jìn)行了鎂合金微弧氧化、表面噴涂、磷化處理、氟碳樹脂處理、表面鈍化、陽極氧化和表面精細(xì)加工等工藝技術(shù)及裝備研究開發(fā)，支持相關(guān)企業(yè)建立了多條表面處理生產(chǎn)線。

鎂合金連接技術(shù)及裝備 開展了鎂合金焊料和焊劑、焊接工藝與裝備研究，實(shí)現(xiàn)了鎂合金與異種材料的連接，接頭動(dòng)、靜載荷達(dá)到鎂合金母材的90%以上;開發(fā)出鎂合金氬弧焊和攪拌摩擦焊的工藝及裝備，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

鎂合金產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫建設(shè)與標(biāo)準(zhǔn) 開展了基于研發(fā)與生產(chǎn)的鎂合金相關(guān)數(shù)據(jù)甄別與補(bǔ)充、基于Web的鎂合金數(shù)據(jù)庫開發(fā)等研究，建立了能方便查詢的開放式的基于Web的鎂合金數(shù)據(jù)庫，起草或制定了11項(xiàng)鎂合金國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 科研裝備和產(chǎn)業(yè)化基地

工程中心已在重慶大學(xué)建成11 000 m2的世界上最大的鎂研發(fā)基地，擁有鎂合金擠壓鑄造裝置、保護(hù)氣氛熔煉爐、半連續(xù)鑄造系統(tǒng)、數(shù)控等溫拉矯機(jī)、雙輥薄帶鑄軋機(jī)、鎂合金專用熱處理系統(tǒng)、真空熔煉爐、表面處理等先進(jìn)的成套工藝裝備和透射電鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、熱模擬試驗(yàn)機(jī)、差熱分析儀、X射線熒光能譜儀、電化學(xué)工作站、高溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、萬能電子拉伸試驗(yàn)機(jī)、電導(dǎo)測(cè)試儀等先進(jìn)的材料分析檢測(cè)儀器。工程中心在重科院和萬盛建設(shè)了國內(nèi)最完整的鎂合金規(guī)?；性嚰爱a(chǎn)業(yè)化核心基地，擁有冶煉、熔煉、壓鑄、擠壓、軋制、表面處理、裝備制造等工業(yè)設(shè)備，建有幾十條條鎂合金產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。

4 國際合作與學(xué)術(shù)交流

工程中心十分重視國際間的學(xué)術(shù)交流和科技研究合作。與德國、俄羅斯、美國、澳大利亞、英國、韓國、日本、烏克蘭等國家的多家鎂合金研究單位和公司建立了密切的合作關(guān)系，并簽署了合作協(xié)議。來自德國國家鎂中心，加拿大國家技術(shù)材料實(shí)驗(yàn)室，英國劍橋焊接研究所，通用、福特、大眾汽車公司，美國波音公司，俄羅斯航空工藝研究院，俄羅斯輕合金研究院等機(jī)構(gòu)的國際知名鎂合金專家都先后到工程中心進(jìn)行訪問交流和合作研究。牛津大學(xué)Smith院士、劍橋大學(xué)Greer教授、德國國家鎂中心主任Kainer教授等一批國際著名專家均擔(dān)任工程中心的兼職教授或顧問教授。工程中心負(fù)責(zé)承擔(dān)了多項(xiàng)中德、中俄、中法、中美等國際科技合作重大和重點(diǎn)項(xiàng)目，其中包括中美加政府間科技合作重點(diǎn)項(xiàng)目和兩個(gè)科技部對(duì)俄鎂合金國際科技合作重大項(xiàng)目。

2007年以來，工程中心成功主辦或承辦6次大型國際材料學(xué)術(shù)會(huì)議，包括第二、三、四屆國際鎂合金會(huì)議，第一、二屆中英新材料研討會(huì)和第三屆中歐材料會(huì)議，且參與組織了莫斯科國際鎂合金會(huì)議和德國鎂合金會(huì)議，工程中心主要成員多次在國際鎂合金會(huì)議上作大會(huì)特邀報(bào)告，顯著地?cái)U(kuò)大了我國鎂行業(yè)的影響，有力地推進(jìn)了國際科技合作。

5 人才引進(jìn)與培養(yǎng)

工程中心十分重視對(duì)青年教師支持和培養(yǎng)。選送青年骨干到美國、澳大利亞、加拿大、德國、英國、俄羅斯、荷蘭等國家的著名研究機(jī)構(gòu)進(jìn)修和合作研究，使一批青年教師迅速成長(zhǎng)。

工程中心積極優(yōu)化隊(duì)伍結(jié)構(gòu)和引進(jìn)國內(nèi)外高層次科研人才。根據(jù)重慶大學(xué)高層次人才引進(jìn)計(jì)劃，2007年以來工程中心從國內(nèi)外著名高校和科研院引進(jìn)從事材料研究的優(yōu)秀人才16人，其中國家“千人計(jì)劃”人選2人，極大地充實(shí)了研發(fā)隊(duì)伍，有力地推動(dòng)了工程中心的快速發(fā)展。

國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心作為目前我國鎂合金領(lǐng)域唯一的國家級(jí)研究開發(fā)平臺(tái)，在系統(tǒng)深入開展基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和應(yīng)用開發(fā)的同時(shí)，將積極拓寬研究領(lǐng)域，把握學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，努力把工程中心建成世界上鎂合金領(lǐng)域最高水平的鎂合金研發(fā)、人才培養(yǎng)、技術(shù)交流、成果轉(zhuǎn)化和國際合作的核心基地。

(重慶大學(xué) 陳先華教授供稿)