新金屬材料國家重點實驗室

新金屬材料國家重點實驗室

依托于北京科技大學的新金屬材料國家重點實驗室(以下簡稱實驗室)目前已建設有5個公共檢測平臺：材料性能測試平臺、物理模擬系統平臺、物質結構分析平臺、材料制備與加工平臺以及高性能計算模擬平臺；4個重點研究基地：國家111創新引智基地、國家軍工實驗基地、中廣核聯合實驗基地、中國鋁業聯合研發基地；是獲得中國計量認證(CMA)和中國合格評定國家認可委員會(CNAS)實驗室認可的“二合一”實驗室。實驗室注重新材料的模擬設計-制備工藝-組織結構-綜合性能-安全服役行為關系的研究，在金屬材料的科學規律、制備技術與工藝、計算模擬與設計、服役評價和實驗技術等5個方面進行全面深入探索。目標是發展以新金屬間化合物結構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制備技術。實驗室目前擁有儀器設備共1 772臺套，設備原值達8 400余萬元，其中30萬元以上設備43臺套，具備了較完整的從材料合成、組織結構分析、性能測試到材料計算模擬與輔助設計的配套儀器設備和裝置。承擔著大量國內外企業、學校和科研單位的材料科學研究、性能測試、檢驗及分析等技術服務與咨詢工作。

1 研究內容

新金屬結構材料的應用基礎研究 針對金屬間化合物結構材料、塊體非晶及亞穩材料、金屬基及金屬間化合物基復合材料、難變形材料等，開展新理論、新方法和新技術的研究。

新金屬功能材料的應用基礎研究 研究材料功能效應及其相互轉換效應的物理本質，研究功能器件特性與材料成分、結構、工藝及使用條件的關系。

新金屬能源材料的應用基礎研究 發展新一代能源金屬材料和以傳統材料升級換代為目的的應用基礎研究。

材料制備新技術與新工藝基礎研究 揭示材料制備、成形與加工技術中關鍵工藝參數與材料結構組成、性能之間的內在關系，開辟材料制備、成形與加工技術創新途徑，并形成先進的集成技術。

新材料計算機模擬與輔助設計 利用計算機模擬與輔助設計，對材料的成分、工藝和性能進行優化設計，合成滿足實際需要的新材料。

2 學科發展

自1997年以來，實驗室不斷追求和探索新的學科領域和方向，強化學科建設和科學研究的交叉與融合，共主持和承擔科研項目500多項，包括國家“863”計劃項目42項；國家“973”計劃項目29項；國家科技攀登、支撐、公關計劃項目11項；國家自然科學基金杰青、優青、重大、重點、面上項目共115項；省部委重大、重點項目40項；其它國家、省部委項目110項；國際合作項目55項；實驗室開放課題及訪問學者基金項目130項；橫向協作課題156項。共獲得國家技術發明一等獎、國家科技進步獎等國家級獎勵9項，省部委級獎勵45項，其它獎勵22項。授權國家專利172項；鑒定科研成果34項。出版和編輯學術著作41部，其中中文專著36部，外文專著5部。發表學術論文近2 000篇，其中：1 005篇被SCI收錄，占論文總數的50.3%；1 196篇被EI收錄，占論文總數的59.8%；121篇被ISTP收錄，國際會議邀請報告82篇。IF因子大于3的文章近177篇。2011年實驗室有兩項科研成果入選國家“十一五”重大科技成就展參展。標志著實驗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可。

圖1 冷軋質量分數6.5%Si高硅電工鋼薄板

3 科技創新

實驗室堅持前沿性、創新性、系統性、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展：

◆在加工難度大的高性能金屬間化合物創新工藝基礎研究中，重點發展了具有“里程碑”意義的高Nb-TiAl合金以及高硅鋼(含質量分數6.5%Si)室溫冷軋技術，填補了國內高硅鋼產品空白。生產的高硅電工鋼薄板具有優異的磁性能，且鐵損更低。

◆在基于動態轉變的新一代鋼鐵材料創新工藝應用基礎研究中，構建了比較完整的“動態轉變”理論體系，創造性提出了基于過冷奧氏體形變的創新性熱連軋工藝。

◆在巨磁致伸縮材料及應用的研究取得突破的基礎上，通過成分設計和工藝實驗，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，顯著提高了國產釬鋼和釬具的生產能力與質量。

◆在核電站用材料研發及相關部件制備工藝技術方面達到了國內先進水平，建立了完善的條件保障和技術體系，進入了核電行業材料評價系統。

圖2 通過合金成分設計和創新工藝開發在第三代先進汽車用鋼領域取得的進展

◆實驗室主任呂昭平教授與美國橡樹嶺實驗室合作發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，應用潛力巨大。近期又自主研發了一種適合800 ℃使用的Fe-25Ni-28Cr-3Al-1.5Nb奧氏體耐熱不銹鋼，抗氧化性能更加優異。

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

圖3 FeGa合金帶材與沖片樣品及其在不同預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復合材料及其強化機理

4 隊伍建設

實驗室通過完善人才引進、遴選、培養等競爭激勵機制，樹立“團隊精神”和“群體意識”，強調對優秀中青年人才的吸引、選拔與培養。近年來，實驗室所引進的人才不但在數量和結構上符合實驗室定位與建設規劃，而且具有穩定性和長效性。實驗室現有固定人員67人，其中外籍院士1人，博士生導師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首席科學家4人，國家“千人計劃”入選者2人，國家自然科學基金杰出青年基金獲得者7人，優秀青年基金獲得者2人，教育部長江學者獎勵計劃特聘教授8人、講座教授1人，教育部跨(新)世紀優秀人才18人，北京市科技新星7人；共有18人兼任各種學術機構的委員、理事、理事長、秘書長，學術期刊編委等職務。為了提升年輕教師的學術水平，實驗室資助8名青年教師去國外進修。同時通過教育部創新引智基地吸引了新金屬材料重要研究領域和各種實驗模擬方法領域的代表人物和杰出青年研究學者的組合，他們中包括美國工程院院士2名、美國礦物金屬材料學會(TMS) 主席1名、TMS Fellow 2名、美國金屬學會(ASM) Fellow 6名、ISI統計論文被引用次數最高的材料學家和物理學家4名。

5 人才培養

實驗室自2004年獨立招生以來，目前已獨立培養、畢業碩士研究生9屆、博士研究生7屆。在研究生培養與管理工作中，實驗室緊緊圍繞“人才質量”這根主線，實現數量與質量、規模與結構的協調發展，推進研究生教育的制度創新、管理創新和服務創新，積極推進學生心理健康教育，開展豐富多彩的學術交流和文體活動。已有全國百篇優秀博士論文提名4人次，獲獎3人次，北京市優秀博士論文1人次，北京市優秀班集體3次，校十佳學術之星11人次等一系列榮譽。同時加強學術道德建設和就業指導，畢業研究生就業率始終保持100%。

6 校企基地建設

以堅持高層次、多形式、重實效、制度化的產學研合作為方針，實驗室與代表國家水平的工業企業進行合作交流，培育新的學術方向，加速實驗室成果轉化。目前構建有“寶鋼-621所-北科大TiAl平臺”、“北京科技大學-中國鋁業集團公司先進鋁合金材料與工藝聯合研發中心”、“新金屬材料國家重點實驗室-首鋼吉泰安新材料聯合研發中心”、“北京科技大學-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實驗室-中磁科技股份有限公司聯合研究中心”、整套TiAl研究平臺等。

7 開放交流與合作

按照國家重點實驗室開放、聯合與流動的方針，利用設備及技術上的優勢，堅持高層次、多形式、重實效、制度化的開放交流。為學生開闊視野與增進知識，實驗室積極邀請美國賓州州立大學的Z K Liu教授、佐治亞工學院的Mo Li教授、伊利諾伊工學院的Sammy Tin教授和新加坡國立大學李毅教授等，每年定期訪問基地，并為學生授課；聘請以色列本-古里安大學材料工程系Gutman教授、康奈爾大學資深教授Steven Sass等國際學科尖端專家前來授課；聘請荷蘭科學院院士、著名材料科學家Jeff Th M De Hosson教授為客座教授等等。另外，實驗室多年來與美國橡樹嶺國家實驗室、田納西大學、賓夕法尼亞州立大學、英國謝菲爾德大學等知名材料研究機構建立了合作關系；在實驗室非晶涂層、磁性功能材料、高鈮鈦鋁合金、高性能結構鋼等重點項目領域與美國賓州州立大學等知名院所聯合申請課題。

2011年實驗室與《中國材料進展》雜志社聯合承辦了首屆“國際新材料發展趨勢高層論壇”；2011年呂昭平主任負責的教育部高等學校學科創新引智計劃(111計劃)順利結題，評為優秀，繼續滾動；2012年林均品教授和國際TiAl合金界權威人士Y W Kim博士共同組織了“Gamma (TiAl) Alloy Technology 2012”，這是該領域最高規格的學術會議，首次在中國舉行；2014年實驗室引進千人計劃獲得者李默教授；與塔塔鋼鐵公司成立聯合研究中心，聘任Dr. Bhattacharjee為實驗室客座教授。

(新金屬材料國家重點實驗室供稿)