新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

依托于北京科技大學(xué)的新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(以下簡稱實(shí)驗(yàn)室)目前已建設(shè)有5個(gè)公共檢測平臺：材料性能測試平臺、物理模擬系統(tǒng)平臺、物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析平臺、材料制備與加工平臺以及高性能計(jì)算模擬平臺；4個(gè)重點(diǎn)研究基地：國家111創(chuàng)新引智基地、國家軍工實(shí)驗(yàn)基地、中廣核聯(lián)合實(shí)驗(yàn)基地、中國鋁業(yè)聯(lián)合研發(fā)基地；是獲得中國計(jì)量認(rèn)證(CMA)和中國合格評定國家認(rèn)可委員會(CNAS)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的“二合一”實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室注重新材料的模擬設(shè)計(jì)-制備工藝-組織結(jié)構(gòu)-綜合性能-安全服役行為關(guān)系的研究，在金屬材料的科學(xué)規(guī)律、制備技術(shù)與工藝、計(jì)算模擬與設(shè)計(jì)、服役評價(jià)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)等5個(gè)方面進(jìn)行全面深入探索。目標(biāo)是發(fā)展以新金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料與新金屬功能材料為主的新型金屬材料、新金屬能源材料及先進(jìn)制備技術(shù)。實(shí)驗(yàn)室目前擁有儀器設(shè)備共1 772臺套，設(shè)備原值達(dá)8 400余萬元，其中30萬元以上設(shè)備43臺套，具備了較完整的從材料合成、組織結(jié)構(gòu)分析、性能測試到材料計(jì)算模擬與輔助設(shè)計(jì)的配套儀器設(shè)備和裝置。承擔(dān)著大量國內(nèi)外企業(yè)、學(xué)校和科研單位的材料科學(xué)研究、性能測試、檢驗(yàn)及分析等技術(shù)服務(wù)與咨詢工作。

1 研究內(nèi)容

新金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究 針對金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、塊體非晶及亞穩(wěn)材料、金屬基及金屬間化合物基復(fù)合材料、難變形材料等，開展新理論、新方法和新技術(shù)的研究。

新金屬功能材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究 研究材料功能效應(yīng)及其相互轉(zhuǎn)換效應(yīng)的物理本質(zhì)，研究功能器件特性與材料成分、結(jié)構(gòu)、工藝及使用條件的關(guān)系。

新金屬能源材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究 發(fā)展新一代能源金屬材料和以傳統(tǒng)材料升級換代為目的的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

材料制備新技術(shù)與新工藝基礎(chǔ)研究 揭示材料制備、成形與加工技術(shù)中關(guān)鍵工藝參數(shù)與材料結(jié)構(gòu)組成、性能之間的內(nèi)在關(guān)系，開辟材料制備、成形與加工技術(shù)創(chuàng)新途徑，并形成先進(jìn)的集成技術(shù)。

新材料計(jì)算機(jī)模擬與輔助設(shè)計(jì) 利用計(jì)算機(jī)模擬與輔助設(shè)計(jì)，對材料的成分、工藝和性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，合成滿足實(shí)際需要的新材料。

2 學(xué)科發(fā)展

自1997年以來，實(shí)驗(yàn)室不斷追求和探索新的學(xué)科領(lǐng)域和方向，強(qiáng)化學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究的交叉與融合，共主持和承擔(dān)科研項(xiàng)目500多項(xiàng)，包括國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目42項(xiàng)；國家“973”計(jì)劃項(xiàng)目29項(xiàng)；國家科技攀登、支撐、公關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目11項(xiàng)；國家自然科學(xué)基金杰青、優(yōu)青、重大、重點(diǎn)、面上項(xiàng)目共115項(xiàng)；省部委重大、重點(diǎn)項(xiàng)目40項(xiàng)；其它國家、省部委項(xiàng)目110項(xiàng)；國際合作項(xiàng)目55項(xiàng)；實(shí)驗(yàn)室開放課題及訪問學(xué)者基金項(xiàng)目130項(xiàng)；橫向協(xié)作課題156項(xiàng)。共獲得國家技術(shù)發(fā)明一等獎、國家科技進(jìn)步獎等國家級獎勵9項(xiàng)，省部委級獎勵45項(xiàng)，其它獎勵22項(xiàng)。授權(quán)國家專利172項(xiàng)；鑒定科研成果34項(xiàng)。出版和編輯學(xué)術(shù)著作41部，其中中文專著36部，外文專著5部。發(fā)表學(xué)術(shù)論文近2 000篇，其中：1 005篇被SCI收錄，占論文總數(shù)的50.3%；1 196篇被EI收錄，占論文總數(shù)的59.8%；121篇被ISTP收錄，國際會議邀請報(bào)告82篇。IF因子大于3的文章近177篇。2011年實(shí)驗(yàn)室有兩項(xiàng)科研成果入選國家“十一五”重大科技成就展參展。標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)室科研人員在解決國家重大需求、立足科技前沿方面的能力得到了國家與社會的廣泛認(rèn)可。

圖1 冷軋質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.5%Si高硅電工鋼薄板

3 科技創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)室堅(jiān)持前沿性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性、深入性和長期性的研究特色，最近5年來，科研工作取得了顯著進(jìn)展：

◆在加工難度大的高性能金屬間化合物創(chuàng)新工藝基礎(chǔ)研究中，重點(diǎn)發(fā)展了具有“里程碑”意義的高Nb-TiAl合金以及高硅鋼(含質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.5%Si)室溫冷軋技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)高硅鋼產(chǎn)品空白。生產(chǎn)的高硅電工鋼薄板具有優(yōu)異的磁性能，且鐵損更低。

◆在基于動態(tài)轉(zhuǎn)變的新一代鋼鐵材料創(chuàng)新工藝應(yīng)用基礎(chǔ)研究中，構(gòu)建了比較完整的“動態(tài)轉(zhuǎn)變”理論體系，創(chuàng)造性提出了基于過冷奧氏體形變的創(chuàng)新性熱連軋工藝。

◆在巨磁致伸縮材料及應(yīng)用的研究取得突破的基礎(chǔ)上，通過成分設(shè)計(jì)和工藝實(shí)驗(yàn)，顯著提高了Fe-Ga合金的室溫塑性，并保持了合金的高磁致伸縮性能。

◆提出了高性能釬具特鋼短流程制備技術(shù)，顯著提高了國產(chǎn)釬鋼和釬具的生產(chǎn)能力與質(zhì)量。

◆在核電站用材料研發(fā)及相關(guān)部件制備工藝技術(shù)方面達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，建立了完善的條件保障和技術(shù)體系，進(jìn)入了核電行業(yè)材料評價(jià)系統(tǒng)。

圖2 通過合金成分設(shè)計(jì)和創(chuàng)新工藝開發(fā)在第三代先進(jìn)汽車用鋼領(lǐng)域取得的進(jìn)展

◆實(shí)驗(yàn)室主任呂昭平教授與美國橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室合作發(fā)明的一種新奧氏體耐熱不銹鋼，具有高溫性能好、成本低等特點(diǎn)，應(yīng)用潛力巨大。近期又自主研發(fā)了一種適合800 ℃使用的Fe-25Ni-28Cr-3Al-1.5Nb奧氏體耐熱不銹鋼，抗氧化性能更加優(yōu)異。

◆在大塊金屬玻璃(BMG)中引入“形變誘導(dǎo)相變”的概念，制備出了具有大拉伸塑性和加工硬化能力的BMG納米復(fù)合材料，極具研究意義和實(shí)用價(jià)值，相關(guān)論文已經(jīng)在AdvancedMaterials雜志上發(fā)表，發(fā)表后被Science期刊發(fā)文評述，同時(shí)也被NaturePublishingGroup(NPG)-AsiaMaterials評述為近期材料領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)之一，評述中稱“該論文為在其它合金體系中開發(fā)大韌塑性非晶合金材料提供了一種新的思路，并對非晶態(tài)合金材料的實(shí)際工程應(yīng)用起到極大的促進(jìn)作用”。

圖3 FeGa合金帶材與沖片樣品及其在不同預(yù)壓力條件下的磁致伸縮性能

圖4 壓水堆核電站主管道的直管和彎頭

圖5 具有大拉伸塑性和加工硬化能力的BMG復(fù)合材料及其強(qiáng)化機(jī)理

4 隊(duì)伍建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室通過完善人才引進(jìn)、遴選、培養(yǎng)等競爭激勵機(jī)制，樹立“團(tuán)隊(duì)精神”和“群體意識”，強(qiáng)調(diào)對優(yōu)秀中青年人才的吸引、選拔與培養(yǎng)。近年來，實(shí)驗(yàn)室所引進(jìn)的人才不但在數(shù)量和結(jié)構(gòu)上符合實(shí)驗(yàn)室定位與建設(shè)規(guī)劃，而且具有穩(wěn)定性和長效性。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有固定人員67人，其中外籍院士1人，博士生導(dǎo)師39人，教授和研究員37人、副教授和高級工程師19人；博士學(xué)位人員占100%，50歲以下中青年研究人員占90%以上。973首席科學(xué)家4人，國家“千人計(jì)劃”入選者2人，國家自然科學(xué)基金杰出青年基金獲得者7人，優(yōu)秀青年基金獲得者2人，教育部長江學(xué)者獎勵計(jì)劃特聘教授8人、講座教授1人，教育部跨(新)世紀(jì)優(yōu)秀人才18人，北京市科技新星7人；共有18人兼任各種學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的委員、理事、理事長、秘書長，學(xué)術(shù)期刊編委等職務(wù)。為了提升年輕教師的學(xué)術(shù)水平，實(shí)驗(yàn)室資助8名青年教師去國外進(jìn)修。同時(shí)通過教育部創(chuàng)新引智基地吸引了新金屬材料重要研究領(lǐng)域和各種實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法領(lǐng)域的代表人物和杰出青年研究學(xué)者的組合，他們中包括美國工程院院士2名、美國礦物金屬材料學(xué)會(TMS) 主席1名、TMS Fellow 2名、美國金屬學(xué)會(ASM) Fellow 6名、ISI統(tǒng)計(jì)論文被引用次數(shù)最高的材料學(xué)家和物理學(xué)家4名。

5 人才培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)室自2004年獨(dú)立招生以來，目前已獨(dú)立培養(yǎng)、畢業(yè)碩士研究生9屆、博士研究生7屆。在研究生培養(yǎng)與管理工作中，實(shí)驗(yàn)室緊緊圍繞“人才質(zhì)量”這根主線，實(shí)現(xiàn)數(shù)量與質(zhì)量、規(guī)模與結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)發(fā)展，推進(jìn)研究生教育的制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和服務(wù)創(chuàng)新，積極推進(jìn)學(xué)生心理健康教育，開展豐富多彩的學(xué)術(shù)交流和文體活動。已有全國百篇優(yōu)秀博士論文提名4人次，獲獎3人次，北京市優(yōu)秀博士論文1人次，北京市優(yōu)秀班集體3次，校十佳學(xué)術(shù)之星11人次等一系列榮譽(yù)。同時(shí)加強(qiáng)學(xué)術(shù)道德建設(shè)和就業(yè)指導(dǎo)，畢業(yè)研究生就業(yè)率始終保持100%。

6 校企基地建設(shè)

以堅(jiān)持高層次、多形式、重實(shí)效、制度化的產(chǎn)學(xué)研合作為方針，實(shí)驗(yàn)室與代表國家水平的工業(yè)企業(yè)進(jìn)行合作交流，培育新的學(xué)術(shù)方向，加速實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化。目前構(gòu)建有“寶鋼-621所-北科大TiAl平臺”、“北京科技大學(xué)-中國鋁業(yè)集團(tuán)公司先進(jìn)鋁合金材料與工藝聯(lián)合研發(fā)中心”、“新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-首鋼吉泰安新材料聯(lián)合研發(fā)中心”、“北京科技大學(xué)-唐山嘉禾冶金爐料有限公司泡沫金屬工程研究中心”、“新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-中磁科技股份有限公司聯(lián)合研究中心”、整套TiAl研究平臺等。

7 開放交流與合作

按照國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放、聯(lián)合與流動的方針，利用設(shè)備及技術(shù)上的優(yōu)勢，堅(jiān)持高層次、多形式、重實(shí)效、制度化的開放交流。為學(xué)生開闊視野與增進(jìn)知識，實(shí)驗(yàn)室積極邀請美國賓州州立大學(xué)的Z K Liu教授、佐治亞工學(xué)院的Mo Li教授、伊利諾伊工學(xué)院的Sammy Tin教授和新加坡國立大學(xué)李毅教授等，每年定期訪問基地，并為學(xué)生授課；聘請以色列本-古里安大學(xué)材料工程系Gutman教授、康奈爾大學(xué)資深教授Steven Sass等國際學(xué)科尖端專家前來授課；聘請荷蘭科學(xué)院院士、著名材料科學(xué)家Jeff Th M De Hosson教授為客座教授等等。另外，實(shí)驗(yàn)室多年來與美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、田納西大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)、英國謝菲爾德大學(xué)等知名材料研究機(jī)構(gòu)建立了合作關(guān)系；在實(shí)驗(yàn)室非晶涂層、磁性功能材料、高鈮鈦鋁合金、高性能結(jié)構(gòu)鋼等重點(diǎn)項(xiàng)目領(lǐng)域與美國賓州州立大學(xué)等知名院所聯(lián)合申請課題。

2011年實(shí)驗(yàn)室與《中國材料進(jìn)展》雜志社聯(lián)合承辦了首屆“國際新材料發(fā)展趨勢高層論壇”；2011年呂昭平主任負(fù)責(zé)的教育部高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(111計(jì)劃)順利結(jié)題，評為優(yōu)秀，繼續(xù)滾動；2012年林均品教授和國際TiAl合金界權(quán)威人士Y W Kim博士共同組織了“Gamma (TiAl) Alloy Technology 2012”，這是該領(lǐng)域最高規(guī)格的學(xué)術(shù)會議，首次在中國舉行；2014年實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)千人計(jì)劃獲得者李默教授；與塔塔鋼鐵公司成立聯(lián)合研究中心，聘任Dr. Bhattacharjee為實(shí)驗(yàn)室客座教授。

(新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿)