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年成為第一個鎂合金國家"973"項目的牽頭單位，2008年被國家科技部批準(zhǔn)為國家級國際聯(lián)合研究中心，2009年獲準(zhǔn)組建教育部創(chuàng)新團隊，2010年底以全國第一名的優(yōu)秀成績通過科技部的評估驗收，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。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、隊伍建設(shè)、平臺建設(shè)和科研水平等方面都取得了長足進步，現(xiàn)已成為國際上綜合實力最強的鎂合金研發(fā)機構(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)帶頭人的實力雄厚、年齡結(jié)構(gòu)合理、學(xué)科交叉的科研團隊，并發(fā)展了以下5個主要研究方向。

鎂合金應(yīng)用基礎(chǔ)及新材料 主要研究內(nèi)容涉及鎂合金材料的結(jié)構(gòu)性能表征，材料強韌化機制，凝固過程模擬，鎂合金基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)，高強度、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，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) 針對鎂合金新材料的開發(fā)、零部件鑄造成型及表面處理等，進行鎂合金壓鑄、半連鑄、熔煉及保護、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系統(tǒng)的研究和設(shè)計。

2 科研成果

工程中心在堅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，強調(diào)學(xué)科研究的交叉與融合，堅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)研究計劃項目、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)展計劃項目、國家科技攻關(guān)項目、國家科技支撐計劃項目、科技部國際科技合作重大項目、教育部博士點基金、重慶市科技攻關(guān)重大項目、重慶市杰出青年基金等國家和省部級科研項目50余項，累計到位經(jīng)費6 500多萬元。2007年組建以來，獲得國家科技進步二等獎1項，教育部技術(shù)發(fā)明一等獎1項、省部級科技進步和自然科學(xué)一、二等獎5項，申請發(fā)明專利100余項(是國內(nèi)同期申請材料類國家發(fā)明專利最多的三個單位之一)，授權(quán)42項，制定國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)11項，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(項)，已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的成果和產(chǎn)品數(shù)百個。在以下幾個方面研究取得了重要進展。

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)計制造技術(shù)平臺建設(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)計優(yōu)化系統(tǒng)與平臺、鎂合金產(chǎn)品成形過程的虛擬現(xiàn)實與工藝優(yōu)化平臺、鎂合金產(chǎn)品生產(chǎn)工藝驗證及使用性能檢測平臺，可實現(xiàn)對鎂合金材料替換、設(shè)計、優(yōu)化、快速原型制造設(shè)計，對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)計開發(fā)發(fā)揮了重要作用。

鎂合金熔煉與保護技術(shù)和裝備開發(fā) 成功開發(fā)出SF6氣體替代技術(shù)和新型保護氣體技術(shù)及裝備、熔體連續(xù)供給強度在每小時200～500 kg范圍內(nèi)的鎂合金柔性熔化技術(shù)和裝備，可提供溫度波動范圍小于5℃的熔體;成功開發(fā)出保護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) 通過對鎂合金成分、組織、性能控制與模擬、凝固細晶化技術(shù)等研究，開發(fā)出了適用于汽車動力系統(tǒng)的耐熱鎂合金?？谷渥冃阅苓_到:200℃時總?cè)渥兞俊?.1%(70 MPa/100 h)，瞬時抗拉強度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) 通過對鑄件，特別是大型復(fù)雜壓鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度分析，以及大型復(fù)雜件壓鑄模具設(shè)計與壓鑄工藝優(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到21 kg。開發(fā)的鎂合金產(chǎn)品已實現(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，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、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)計和沖壓工藝控制技術(shù)，沖壓產(chǎn)品最小壁厚0.3 mm，實現(xiàn)了簡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。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，實現(xiàn)了鎂合金與異種材料的連接，接頭動、靜載荷達到鎂合金母材的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、保護氣氛熔煉爐、半連續(xù)鑄造系統(tǒng)、數(shù)控等溫拉矯機、雙輥薄帶鑄軋機、鎂合金專用熱處理系統(tǒng)、真空熔煉爐、表面處理等先進的成套工藝裝備和透射電鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、熱模擬試驗機、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)試驗機、萬能電子拉伸試驗機、電導(dǎo)測試儀等先進的材料分析檢測儀器。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)模化中試及產(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)材料實驗室，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構(gòu)的國際知名鎂合金專家都先后到工程中心進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。工程中心負責(zé)承擔(dān)了多項中德、中俄、中法、中美等國際科技合作重大和重點項目，其中包括中美加政府間科技合作重點項目和兩個科技部對俄鎂合金國際科技合作重大項目。

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)會議，包括第二、三、四屆國際鎂合金會議，第一、二屆中英新材料研討會和第三屆中歐材料會議，且參與組織了莫斯科國際鎂合金會議和德國鎂合金會議，工程中心主要成員多次在國際鎂合金會議上作大會特邀報告，顯著地擴大了我國鎂行業(yè)的影響，有力地推進了國際科技合作。

5 人才引進與培養(yǎng)

工程中心十分重視對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構(gòu)進修和合作研究，使一批青年教師迅速成長。

工程中心積極優(yōu)化隊伍結(jié)構(gòu)和引進國內(nèi)外高層次科研人才。根據(jù)重慶大學(xué)高層次人才引進計劃，2007年以來工程中心從國內(nèi)外著名高校和科研院引進從事材料研究的優(yōu)秀人才16人，其中國家“千人計劃”人選2人，極大地充實了研發(fā)隊伍，有力地推動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)域唯一的國家級研究開發(fā)平臺，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，將積極拓寬研究領(lǐng)域，把握學(xué)科發(fā)展趨勢，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)