2022年度湖南省自然科學(xué)獎項目公示材料

2022年度湖南省自然科學(xué)獎項目公示材料一、項目名稱鋁合金復(fù)雜環(huán)境服役可靠性與多尺度微結(jié)構(gòu)調(diào)控機理研究二、提名單位及提名等級提名單位：湖南科技大學(xué)提名等級：湖南省自然科學(xué)獎二等獎三、提名意見航空航天以及軌道交通等高端裝備對于鋁合金構(gòu)件的服役可靠性有著極為苛刻的要求。高可靠性鋁合金構(gòu)件的成形制備與復(fù)雜環(huán)境下的服役性能評估一直是制約我國大飛機、高鐵發(fā)展的重要瓶頸。該項目開展了鋁合金復(fù)雜環(huán)境服役可靠性與多尺度微結(jié)構(gòu)調(diào)控機理研究，對進一步提高鋁合金的可靠性、使用壽命及運行效率具有積極的推動作用。2012年以來，在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)、國家自然科學(xué)基金等項目資助下，項目組成員圍繞鋁合金構(gòu)件在交變載荷、復(fù)雜溫度場等及其耦合作用下服役可靠性與多尺度微結(jié)構(gòu)調(diào)控機理進行了研究，揭示了復(fù)雜環(huán)境下鋁合金構(gòu)件多尺度微結(jié)構(gòu)演變機理，探明了多尺度微結(jié)構(gòu)對鋁合金構(gòu)件服役可靠性的影響機制，建立了多環(huán)境因素耦合作用下鋁合金構(gòu)件服役可靠性影響分析模型，提出了面向復(fù)雜服役環(huán)境的高可靠性鋁合金構(gòu)件成形工藝控制及多尺度微結(jié)構(gòu)構(gòu)筑策略并形成了技術(shù)原型。相關(guān)成果應(yīng)用于國產(chǎn)大飛機機翼壁板、“復(fù)興號”高鐵散熱器等相關(guān)鋁合金部件，解決了構(gòu)件在復(fù)雜服役環(huán)境下易出現(xiàn)疲勞損傷的技術(shù)難題。5篇代表性論文主要發(fā)表于國內(nèi)外工程技術(shù)領(lǐng)域主流期刊，SCI他引222次，研究成果受到國內(nèi)外同行廣泛關(guān)注與高度評價。項目研究特色鮮明，所獲創(chuàng)新性成果突出，具有重要科學(xué)意義、學(xué)術(shù)價值和工程應(yīng)用前景。經(jīng)學(xué)校審核，申報材料真實有效，對照湖南省自然科學(xué)獎授獎條件，提名該項目為湖南省自然科學(xué)獎二等獎。四、項目簡介鋁合金具有密度低、比強高等眾多優(yōu)點，是航空航天、軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料之一。隨著我國大飛機、高鐵等高端制造業(yè)快速發(fā)展，對高可靠性鋁合金的成形制備及其復(fù)雜環(huán)境下的服役性能評估需求迫切。在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家自然科學(xué)基金等資助下，本項目開展了鋁合金復(fù)雜環(huán)境服役可靠性與多尺度微結(jié)構(gòu)調(diào)控機理研究，建立了考慮多環(huán)境因素耦合作用的鋁合金構(gòu)件服役可靠性評估模型，突破了高可靠性鋁合金構(gòu)件的成形與組織調(diào)控技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了構(gòu)件服役可靠性大幅提升。項目取得的創(chuàng)新性成果如下：(1)提出了復(fù)雜服役環(huán)境下鋁合金構(gòu)件研究分析方法，揭示了鋁合金構(gòu)件多尺度微結(jié)構(gòu)演變機理。研究了鋁合金構(gòu)件S相、陶瓷增強相等微/納相結(jié)構(gòu)、位錯組態(tài)、夾雜以及微裂紋等微結(jié)構(gòu)在鹽霧、交變應(yīng)力、溫度場及其耦合條件下的演變規(guī)律，分別揭示了單一及復(fù)雜環(huán)境因素耦合對鋁合金構(gòu)件第二相形成、演變，位錯增殖、反應(yīng)以及微裂紋閉合、擴展等行為的作用規(guī)律，探明了鹽霧、交變應(yīng)力、溫度場等多因素耦合效應(yīng)，揭示了復(fù)雜服役環(huán)境下鋁合金構(gòu)件微結(jié)構(gòu)的演變機理，為探明微結(jié)構(gòu)對鋁合金構(gòu)件服役可靠性的影響提供了理論依據(jù)。(2)探明了多尺度微結(jié)構(gòu)對鋁合金構(gòu)件服役可靠性的影響機制，建立了復(fù)雜耦合服役環(huán)境下鋁合金可靠性預(yù)測模型?；趶娀嗯c位錯等微結(jié)構(gòu)協(xié)同控制技術(shù)，結(jié)合分步軋制及多級熱處理工藝，實現(xiàn)了跨尺度晶粒/微納相結(jié)構(gòu)鋁合金的可控制備。揭示了基于晶界、裂紋偏折、斷口粗糙度等耦合作用的裂紋閉合影響機制，確立了鋁合金晶粒尺寸與疲勞裂紋擴展速率之間的定量關(guān)系，建立了基于多尺度微結(jié)構(gòu)的鋁合金裂紋擴展速率預(yù)測模型；分析了微納相結(jié)構(gòu)對鋁合金在復(fù)雜環(huán)境下服役可靠性的影響機制，探明了高可靠性鋁合金所對應(yīng)的微結(jié)構(gòu)特征，為開發(fā)高可靠性的鋁合金構(gòu)件奠定了理論基礎(chǔ)。(3)開發(fā)了高可靠性鋁合金構(gòu)件成形技術(shù)控制方法，形成了多尺度微結(jié)構(gòu)構(gòu)筑技術(shù)原型。分析了合金化對Q′相、θ′相等微/納相結(jié)構(gòu)形成及演變的影響規(guī)律，揭示了鋁合金微/納相結(jié)構(gòu)析出規(guī)律及其競生機制，建立了多尺度微結(jié)構(gòu)形成、分布及演變的相關(guān)性模型，探明了成形工藝對微/納相結(jié)構(gòu)形態(tài)、分布及演變的影響機制，并通過開發(fā)鋁合金構(gòu)件熱力耦合成形工藝，定向構(gòu)筑了目標(biāo)多尺度微結(jié)構(gòu)，形成了多尺度微結(jié)構(gòu)構(gòu)筑技術(shù)原型，實現(xiàn)鋁合金抗疲勞壽命提升50%以上。研究成果發(fā)表在《InternationalJournalofFatigue》、《MaterialsandDesign》《JournalofAlloysandCompounds》等權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上，所列5篇代表性論文受到國內(nèi)外專家學(xué)者廣泛關(guān)注和正面引用，被《InternationalJournalofPlasticity》、《InternationalJournalofFatigue》、《MaterialsScienceandEngineeringA》等國際著名期刊多次引用，SCI他引222次（平均44.4次/篇）。項目第一完成人獲得湖南省科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項目、湖南省杰出青年基金項目立項支持。五、代表作及論文目錄序號代表作名稱/刊名/作者年卷頁碼（xx年xx卷xx頁）發(fā)表時間（年月日）通訊作者（含共同）第一作者（含共同）國內(nèi)作者（排序）他引總次數(shù)檢索數(shù)據(jù)庫知識產(chǎn)權(quán)是否歸國內(nèi)所有1Effectofnaturalageingandpre-strainingonthehardeningbehaviourandmicrostructuralresponseduringartificialageingofanAl-Mg-Si-Cualloy/MaterialsandDesign/DeyanYin,QiaoXiao,YuqiangChen,HuiqunLiu,DanqingYi,BinWang,SupingPan2016,95:329-3392016.4.5HuiqunLiuDeyanYin尹德艷，肖俏，陳宇強，劉會群，易丹青，王斌，潘素平55SCI-E是2EffectofCucontentonprecipitationandage-hardeningbehaviorinAl-Mg-Si-xCualloys/JournalofAlloysandCompounds/QiaoXiao,HuiqunLiu,DanqingYi,DeyanYin,YuqiangChen,YingZhang,BinWang2017,695:1005-10132017.2.25HuiqunLiu,DanqingYiQiaoXiao肖俏，劉會群，易丹青，尹德艷，陳宇強，張英，王斌67SCI-E是3Effectofgrainsizeonfatigue-crackgrowthin2524aluminiumalloy/InternationalJournalofFatigue/DeyanYin,HuiqunLiu,YuqiangChen,DanqingYi,BoWang,BinWang,FanghuaShen,ShangFu,CongTang,SupingPan2016,84:9-162016.3.1HuiqunLiu,YuqiangChenDeyanYin尹德艷，劉會群，陳宇強，易丹青，汪波，王斌，申芳華，傅上，唐聰，潘素平72SCI-E是4TheeffectofSiCadditiononthedimensionalstabilityofAl-Cu-Mgalloy/JournalofAlloysandCompounds/Y.F.Song,X.F.Ding,X.J.Zhao,L.R.Xiao,C.X.Yu2018,750:111-1162018.6.25X.J.Zhao,L.R.XiaoY.F.Song宋宇峰，丁學(xué)鋒，趙小軍，肖來榮，余宸旭16SCI-E是5Effectsof

serviceenvironmentand

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2524aluminiumalloy/ArchivesofCivilandMechanicalEngineering/Y.

Q.

Chen,H.

Zhang,S.

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Pan,Y.

F.

Song,X.

Liu,W.

H.

Liu2020,20:52020.3.1Y.Q.ChenY.Q.Chen陳宇強，張浩，潘素平，宋宇峰，劉筱，劉文輝12SCI-E是合計222六、主要完成人情況姓名排名行政職務(wù)技術(shù)職稱工作單位完成單位對本項目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻陳宇強1副院長教授湖南科技大學(xué)湖南科技大學(xué)本項目主要完成人，主持完成了項目中關(guān)于鋁合金微結(jié)構(gòu)在復(fù)雜服役環(huán)境下的演變規(guī)律及服役可靠性影響機制，建立了復(fù)雜服役環(huán)境下鋁合金微結(jié)構(gòu)的可靠性影響分析模型。是重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)2、3的主要完成人，是重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)3學(xué)術(shù)思想和理論的提出者，是代表性論文3、5的通訊作者，是代表性論文5的第一作者，在代表性論文1、2中署名，在該項研究工作中的工作量占工作總量的40%。宋宇峰2副教授湖南科技大學(xué)湖南科技大學(xué)本項目主要完成人，揭示了鋁合金在交變應(yīng)力與復(fù)雜溫度場下的服役可靠性影響規(guī)律，探明了微結(jié)構(gòu)對鋁合金構(gòu)件服役可靠性的影響機理，是重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)1、2的主要完成人，是重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)1學(xué)術(shù)思想和理論的提出者，是代表性論文4的第一作者，在代表性論文5中署名，在該項研究工作中的工作量占工作總量的20%。劉會群3教授中南大學(xué)中南大學(xué)本項目主要完成人，系統(tǒng)研究了合金化元素、加工工藝等因素對鋁合金構(gòu)件微/納相結(jié)構(gòu)形成及演變規(guī)律，探明了微結(jié)構(gòu)對鋁合金服役可靠性的影響機理，是重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)2、3的主要完成人，是重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)2學(xué)術(shù)思想和理論的提出者，是代表性論文1、2、3的通訊作者，在該項研究工作中的工作量占工作總量的10%。劉文輝4教授集美大學(xué)湖南科技大學(xué)本項目主要完成人，研究了微結(jié)構(gòu)在多種復(fù)合服役環(huán)境下的演變規(guī)律及服役可靠性影響機制，優(yōu)化了高可靠性鋁合金的成分設(shè)計和成型工藝，是重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)1的重要參與人，是重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)1學(xué)術(shù)思想和理論的參與者，在代表性論文5中署名，本人在該項研究工作中的工作量占本人工作總量的10%。肖來榮5院黨委書記教授中南大學(xué)中南大學(xué)本項目主要完成人，研究了微/納相結(jié)構(gòu)形成與競生機制，探明了微結(jié)構(gòu)特征對鋁合金可靠性的影響機理，對重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)1和2項發(fā)現(xiàn)做出了重要貢獻，在代表性論文4中署名為通訊作者，在該項研究工作中的工作量占工作總量的10%。潘素平6實驗師中南大學(xué)中南大學(xué)本項目主要完成人，參與完成了項目中鋁合金性能測試和顯微組織表征相關(guān)工作，提出了復(fù)雜服役環(huán)境下高可靠性鋁合金微觀組織調(diào)控方法，是重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)1、3的主要完成人，在代表性論文1、3、5中署名，在該項研究工作中的工作量占工作總量的10%。七、主要完成單位情況排名完成單位創(chuàng)新推廣貢獻1湖南科技大學(xué)湖南科技大學(xué)為項目第一完成單位，是國家自然科學(xué)基金“細(xì)微吸附顆粒對鋁合金構(gòu)件疲勞損傷行為的影響機理研究(編號：51405153)”、湖南省自然科學(xué)基金“熱-磁耦合條件下陀螺儀用鋁合金材料的尺寸穩(wěn)定性研究(編號：2019JJ60043)”等項目的承擔(dān)單位，組織了對本項目所涉及基金項目的申報、管理、監(jiān)督和結(jié)題等方面的指導(dǎo)工作。同時，也為各種項目的順利完成提供了經(jīng)費配套、實驗設(shè)備和場地、人才、服務(wù)等硬件和軟件的支持，為本項目的科技創(chuàng)新和推廣應(yīng)用作出了重要貢獻。2中南大學(xué)中南大學(xué)為項目第二完成單位，是國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）“中強鋁合金板材形變組織與耐損傷性的均勻化調(diào)控(編號：2012CB619506)”項目的承擔(dān)單位，為本項目研究成果的申報提供了相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)，為成果的研究配備了相應(yīng)的科研設(shè)備、科研經(jīng)費和科研人員，為科研成果的產(chǎn)出提供了保證，也為本項目的科技創(chuàng)新和推廣應(yīng)用作出了重要貢獻。八、主要完成人合作關(guān)系說明項目依托湖南科技大學(xué)和中南大學(xué)，在陳宇強教授牽頭的項目組成員共同努力下，圍繞鋁合金復(fù)雜環(huán)境服役可靠性與多尺度微結(jié)構(gòu)調(diào)控機理開展了長期研究。主持和完成國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金等項目多項，相關(guān)研究成果在《MaterialsandDesign》、《JournalofAlloysandCompounds》、《InternationalJournalofFatigue》和《ArchivesofCivilandMechanicalEngineering》等國際重要期刊發(fā)表。項目組完成了鋁合金復(fù)雜環(huán)境服役可靠性與多尺度微結(jié)構(gòu)調(diào)控機理研究，陳宇強教授、宋宇峰副教授、劉會群教授、劉文輝教授、肖來榮教授、潘素平實驗師組成了聯(lián)系密切的校際合作團隊，具體合作經(jīng)歷簡述如下:（1）第1完成人陳宇強，主持完成了項目中關(guān)于鋁合金微結(jié)構(gòu)在復(fù)雜服役環(huán)境下的演變規(guī)律及服役可靠性影響機制，建立了復(fù)雜服役環(huán)境下鋁合金微結(jié)構(gòu)的可靠性影響分析模型。劉會群、宋宇峰、潘素平、劉文輝等人參與完成了相關(guān)工作，并于2016至2020年間合作發(fā)表了代表性論文1、2、3、5。（2）第2完成人宋宇峰，揭示了鋁合金在交變應(yīng)力與復(fù)雜溫度場下的服役可靠性影響規(guī)律，探明了微結(jié)構(gòu)對鋁合金構(gòu)件服役可靠性的影響機理。陳宇強、肖來榮、劉文輝、潘素平參與完成了相關(guān)工作，并于2018、2020年合作發(fā)表了代表性論文4、5。（3）第3完成人劉會群，研究了合金化元素、加工工藝等因素對鋁合金構(gòu)件微/納結(jié)構(gòu)形成及演變的規(guī)律，探明了微結(jié)構(gòu)對鋁合金服役可靠性的影響機理。陳宇強、潘素平參與完成了相關(guān)工作，并于2016、2017年合作發(fā)表了代表性論文2、3。（4）第4完成人劉文輝，研究了微結(jié)構(gòu)在多種復(fù)合服役環(huán)境下的演變規(guī)律及服役可靠性影響機制，優(yōu)化了高可靠性鋁合金的成分設(shè)計和成型工藝，與陳宇強、潘素平、宋宇峰完成了相關(guān)工作，并于2020年合作發(fā)表了代表性論文5。（5）第5完成人肖來榮，研究了微/納結(jié)構(gòu)形成與競生機制，探明了微結(jié)構(gòu)特征對鋁合金可靠性的影響機理。宋宇峰參與完成了相關(guān)工作，并于2018年合作發(fā)表了代表性論文4。（6）第6完成人潘素平，參與完成了項目中鋁合金性能測試和顯微組織表征相關(guān)工作，提出了復(fù)雜服役環(huán)境下高可靠性鋁合金微觀組織調(diào)控方向，與陳宇強、劉會群、宋宇峰、劉文輝等人于2016至2020年間合作發(fā)表了代表性論文1、3、5。主要完成人合作關(guān)系情況匯