2022年度湖南省自然科学奖项目公示材料

2022年度湖南省自然科学奖项目公示材料一、项目名称铝合金复杂环境服役可靠性与多尺度微结构调控机理研究二、提名单位及提名等级提名单位：湖南科技大学提名等级：湖南省自然科学奖二等奖三、提名意见航空航天以及轨道交通等高端装备对于铝合金构件的服役可靠性有着极为苛刻的要求。高可靠性铝合金构件的成形制备与复杂环境下的服役性能评估一直是制约我国大飞机、高铁发展的重要瓶颈。该项目开展了铝合金复杂环境服役可靠性与多尺度微结构调控机理研究，对进一步提高铝合金的可靠性、使用寿命及运行效率具有积极的推动作用。2012年以来，在国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家自然科学基金等项目资助下，项目组成员围绕铝合金构件在交变载荷、复杂温度场等及其耦合作用下服役可靠性与多尺度微结构调控机理进行了研究，揭示了复杂环境下铝合金构件多尺度微结构演变机理，探明了多尺度微结构对铝合金构件服役可靠性的影响机制，建立了多环境因素耦合作用下铝合金构件服役可靠性影响分析模型，提出了面向复杂服役环境的高可靠性铝合金构件成形工艺控制及多尺度微结构构筑策略并形成了技术原型。相关成果应用于国产大飞机机翼壁板、“复兴号”高铁散热器等相关铝合金部件，解决了构件在复杂服役环境下易出现疲劳损伤的技术难题。5篇代表性论文主要发表于国内外工程技术领域主流期刊，SCI他引222次，研究成果受到国内外同行广泛关注与高度评价。项目研究特色鲜明，所获创新性成果突出，具有重要科学意义、学术价值和工程应用前景。经学校审核，申报材料真实有效，对照湖南省自然科学奖授奖条件，提名该项目为湖南省自然科学奖二等奖。四、项目简介铝合金具有密度低、比强高等众多优点，是航空航天、轨道交通领域应用最广泛的结构材料之一。随着我国大飞机、高铁等高端制造业快速发展，对高可靠性铝合金的成形制备及其复杂环境下的服役性能评估需求迫切。在国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金等资助下，本项目开展了铝合金复杂环境服役可靠性与多尺度微结构调控机理研究，建立了考虑多环境因素耦合作用的铝合金构件服役可靠性评估模型，突破了高可靠性铝合金构件的成形与组织调控技术瓶颈，实现了构件服役可靠性大幅提升。项目取得的创新性成果如下：(1)提出了复杂服役环境下铝合金构件研究分析方法，揭示了铝合金构件多尺度微结构演变机理。研究了铝合金构件S相、陶瓷增强相等微/纳相结构、位错组态、夹杂以及微裂纹等微结构在盐雾、交变应力、温度场及其耦合条件下的演变规律，分别揭示了单一及复杂环境因素耦合对铝合金构件第二相形成、演变，位错增殖、反应以及微裂纹闭合、扩展等行为的作用规律，探明了盐雾、交变应力、温度场等多因素耦合效应，揭示了复杂服役环境下铝合金构件微结构的演变机理，为探明微结构对铝合金构件服役可靠性的影响提供了理论依据。(2)探明了多尺度微结构对铝合金构件服役可靠性的影响机制，建立了复杂耦合服役环境下铝合金可靠性预测模型。基于强化相与位错等微结构协同控制技术，结合分步轧制及多级热处理工艺，实现了跨尺度晶粒/微纳相结构铝合金的可控制备。揭示了基于晶界、裂纹偏折、断口粗糙度等耦合作用的裂纹闭合影响机制，确立了铝合金晶粒尺寸与疲劳裂纹扩展速率之间的定量关系，建立了基于多尺度微结构的铝合金裂纹扩展速率预测模型；分析了微纳相结构对铝合金在复杂环境下服役可靠性的影响机制，探明了高可靠性铝合金所对应的微结构特征，为开发高可靠性的铝合金构件奠定了理论基础。(3)开发了高可靠性铝合金构件成形技术控制方法，形成了多尺度微结构构筑技术原型。分析了合金化对Q′相、θ′相等微/纳相结构形成及演变的影响规律，揭示了铝合金微/纳相结构析出规律及其竞生机制，建立了多尺度微结构形成、分布及演变的相关性模型，探明了成形工艺对微/纳相结构形态、分布及演变的影响机制，并通过开发铝合金构件热力耦合成形工艺，定向构筑了目标多尺度微结构，形成了多尺度微结构构筑技术原型，实现铝合金抗疲劳寿命提升50%以上。研究成果发表在《InternationalJournalofFatigue》、《MaterialsandDesign》《JournalofAlloysandCompounds》等权威学术期刊上，所列5篇代表性论文受到国内外专家学者广泛关注和正面引用，被《InternationalJournalofPlasticity》、《InternationalJournalofFatigue》、《MaterialsScienceandEngineeringA》等国际著名期刊多次引用，SCI他引222次（平均44.4次/篇）。项目第一完成人获得湖南省科技创新领军人才项目、湖南省杰出青年基金项目立项支持。五、代表作及论文目录序号代表作名称/刊名/作者年卷页码（xx年xx卷xx页）发表时间（年月日）通讯作者（含共同）第一作者（含共同）国内作者（排序）他引总次数检索数据库知识产权是否归国内所有1Effectofnaturalageingandpre-strainingonthehardeningbehaviourandmicrostructuralresponseduringartificialageingofanAl-Mg-Si-Cualloy/MaterialsandDesign/DeyanYin,QiaoXiao,YuqiangChen,HuiqunLiu,DanqingYi,BinWang,SupingPan2016,95:329-3392016.4.5HuiqunLiuDeyanYin尹德艳，肖俏，陈宇强，刘会群，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，刘会群，易丹青，尹德艳，陈宇强，张英，王斌67SCI-E是3Effectofgrainsizeonfatigue-crackgrowthin2524aluminiumalloy/InternationalJournalofFatigue/DeyanYin,HuiqunLiu,YuqiangChen,DanqingYi,BoWang,BinWang,FanghuaShen,ShangFu,CongTang,SupingPan2016,84:9-162016.3.1HuiqunLiu,YuqiangChenDeyanYin尹德艳，刘会群，陈宇强，易丹青，汪波，王斌，申芳华，傅上，唐聪，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，丁学锋，赵小军，肖来荣，余宸旭16SCI-E是5Effectsof

serviceenvironmentand

pre‑deformationon

the

fatiguebehaviourof

2524aluminiumalloy/ArchivesofCivilandMechanicalEngineering/Y.

Q.

Chen,H.

Zhang,S.

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Pan,Y.

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Song,X.

Liu,W.

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Liu2020,20:52020.3.1Y.Q.ChenY.Q.Chen陈宇强，张浩，潘素平，宋宇峰，刘筱，刘文辉12SCI-E是合计222六、主要完成人情况姓名排名行政职务技术职称工作单位完成单位对本项目技术创造性贡献陈宇强1副院长教授湖南科技大学湖南科技大学本项目主要完成人，主持完成了项目中关于铝合金微结构在复杂服役环境下的演变规律及服役可靠性影响机制，建立了复杂服役环境下铝合金微结构的可靠性影响分析模型。是重要科学发现2、3的主要完成人，是重要科学发现3学术思想和理论的提出者，是代表性论文3、5的通讯作者，是代表性论文5的第一作者，在代表性论文1、2中署名，在该项研究工作中的工作量占工作总量的40%。宋宇峰2副教授湖南科技大学湖南科技大学本项目主要完成人，揭示了铝合金在交变应力与复杂温度场下的服役可靠性影响规律，探明了微结构对铝合金构件服役可靠性的影响机理，是重要科学发现1、2的主要完成人，是重要科学发现1学术思想和理论的提出者，是代表性论文4的第一作者，在代表性论文5中署名，在该项研究工作中的工作量占工作总量的20%。刘会群3教授中南大学中南大学本项目主要完成人，系统研究了合金化元素、加工工艺等因素对铝合金构件微/纳相结构形成及演变规律，探明了微结构对铝合金服役可靠性的影响机理，是重要科学发现2、3的主要完成人，是重要科学发现2学术思想和理论的提出者，是代表性论文1、2、3的通讯作者，在该项研究工作中的工作量占工作总量的10%。刘文辉4教授集美大学湖南科技大学本项目主要完成人，研究了微结构在多种复合服役环境下的演变规律及服役可靠性影响机制，优化了高可靠性铝合金的成分设计和成型工艺，是重要科学发现1的重要参与人，是重要科学发现1学术思想和理论的参与者，在代表性论文5中署名，本人在该项研究工作中的工作量占本人工作总量的10%。肖来荣5院党委书记教授中南大学中南大学本项目主要完成人，研究了微/纳相结构形成与竞生机制，探明了微结构特征对铝合金可靠性的影响机理，对重要科学发现1和2项发现做出了重要贡献，在代表性论文4中署名为通讯作者，在该项研究工作中的工作量占工作总量的10%。潘素平6实验师中南大学中南大学本项目主要完成人，参与完成了项目中铝合金性能测试和显微组织表征相关工作，提出了复杂服役环境下高可靠性铝合金微观组织调控方法，是重要科学发现1、3的主要完成人，在代表性论文1、3、5中署名，在该项研究工作中的工作量占工作总量的10%。七、主要完成单位情况排名完成单位创新推广贡献1湖南科技大学湖南科技大学为项目第一完成单位，是国家自然科学基金“细微吸附颗粒对铝合金构件疲劳损伤行为的影响机理研究(编号：51405153)”、湖南省自然科学基金“热-磁耦合条件下陀螺仪用铝合金材料的尺寸稳定性研究(编号：2019JJ60043)”等项目的承担单位，组织了对本项目所涉及基金项目的申报、管理、监督和结题等方面的指导工作。同时，也为各种项目的顺利完成提供了经费配套、实验设备和场地、人才、服务等硬件和软件的支持，为本项目的科技创新和推广应用作出了重要贡献。2中南大学中南大学为项目第二完成单位，是国家重点基础研究发展计划（973计划）“中强铝合金板材形变组织与耐损伤性的均匀化调控(编号：2012CB619506)”项目的承担单位，为本项目研究成果的申报提供了相应的技术服务，为成果的研究配备了相应的科研设备、科研经费和科研人员，为科研成果的产出提供了保证，也为本项目的科技创新和推广应用作出了重要贡献。八、主要完成人合作关系说明项目依托湖南科技大学和中南大学，在陈宇强教授牵头的项目组成员共同努力下，围绕铝合金复杂环境服役可靠性与多尺度微结构调控机理开展了长期研究。主持和完成国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金、湖南省自然科学基金等项目多项，相关研究成果在《MaterialsandDesign》、《JournalofAlloysandCompounds》、《InternationalJournalofFatigue》和《ArchivesofCivilandMechanicalEngineering》等国际重要期刊发表。项目组完成了铝合金复杂环境服役可靠性与多尺度微结构调控机理研究，陈宇强教授、宋宇峰副教授、刘会群教授、刘文辉教授、肖来荣教授、潘素平实验师组成了联系密切的校际合作团队，具体合作经历简述如下:（1）第1完成人陈宇强，主持完成了项目中关于铝合金微结构在复杂服役环境下的演变规律及服役可靠性影响机制，建立了复杂服役环境下铝合金微结构的可靠性影响分析模型。刘会群、宋宇峰、潘素平、刘文辉等人参与完成了相关工作，并于2016至2020年间合作发表了代表性论文1、2、3、5。（2）第2完成人宋宇峰，揭示了铝合金在交变应力与复杂温度场下的服役可靠性影响规律，探明了微结构对铝合金构件服役可靠性的影响机理。陈宇强、肖来荣、刘文辉、潘素平参与完成了相关工作，并于2018、2020年合作发表了代表性论文4、5。（3）第3完成人刘会群，研究了合金化元素、加工工艺等因素对铝合金构件微/纳结构形成及演变的规律，探明了微结构对铝合金服役可靠性的影响机理。陈宇强、潘素平参与完成了相关工作，并于2016、2017年合作发表了代表性论文2、3。（4）第4完成人刘文辉，研究了微结构在多种复合服役环境下的演变规律及服役可靠性影响机制，优化了高可靠性铝合金的成分设计和成型工艺，与陈宇强、潘素平、宋宇峰完成了相关工作，并于2020年合作发表了代表性论文5。（5）第5完成人肖来荣，研究了微/纳结构形成与竞生机制，探明了微结构特征对铝合金可靠性的影响机理。宋宇峰参与完成了相关工作，并于2018年合作发表了代表性论文4。（6）第6完成人潘素平，参与完成了项目中铝合金性能测试和显微组织表征相关工作，提出了复杂服役环境下高可靠性铝合金微观组织调控方向，与陈宇强、刘会群、宋宇峰、刘文辉等人于2016至2020年间合作发表了代表性论文1、3、5。主要完成人合作关系情况汇