2022年度湖南省科学技术奖励拟提名项目公示内容

2022年度湖南省科学技术奖励拟提名项目公示内容（自然科学奖）项目名称钛合金摩擦磨损机理及组织性能调控研究二、提名单位、提名等级、提名意见提名单位：湖南科技大学提名等级：湖南省自然科学奖二等奖钛合金具有高比强度和良好的耐腐蚀性能，但是其耐磨性差和制备成本高限制了应用范围。“钛合金摩擦磨损机理及组织性能调控研究”项目依托国家“973、863”项目和国家自然科学基金等，采用仿真模拟，微观表征、性能测试和理论分析等手段，研究了钛合金在不同环境条件下的摩擦磨损行为，并对其组织（成分，析出相）—性能（耐磨性能，弹性模量，力学性能）调控开展了系列的基础性研究工作。主要创新性成果如下：揭示了不同摩擦环境对钛合金摩擦磨损行为影响的科学规律和磨损机制；阐明了不同钛合金组织对其耐磨性的影响规律；首次建立了钛合金摩擦环境-摩擦升温-摩擦混合层和磨损机制之间的内禀关系。揭示了钛合金析出相对弹性模量和高温力学性能的影响规律和强化机理。建立了低成本钛合金零部件近净成形工艺仿真设计与材料组织性能一体化的研究设计思路。5篇代表作论文总计被引用（包括SCIE、SSCI、A&HCI、ESCI、CPCI-S、CPCI-SSH）153次，他引总次数为140次；SCIE总引用148次，其中他引135次，单篇最高SCI他引77次。项目获得了国内外研究者的高度评价。推动了钛合金材料摩擦学科的发展，为钛合金零部件的应用推广起到了积极的促进作用。材料真实可靠，经公示，目前无异议。同意推荐该项目申报2022年度湖南省自然科学奖。提名该项目为湖南省自然科学奖二等奖。

三、项目简介钛合金具有高比强度和良好的耐腐蚀性能，但是其耐磨性差和制备成本高限制了其应用的范围。影响钛合金耐磨性能的主要因素包括：摩擦环境，钛合金材料的微观组织和力学性能（硬度，强度，弹性模量）等。降低钛合金零部件成本方法有低成本钛合金成分设计和零部件成形工艺优化。本项目在国家“973”和“863”计划，国家科技支撑计划，国家自然科学基金和湖南省自然科学基金的支持下，针对钛合金摩擦磨损机理和组织性能调控开展了系列的基础性研究工作；并进一步开展了低成本钛合金零件近净成形制备，微观组织和性能的研究。成果获得了国内外同行的广泛关注，重要科学发现如下：（1）首次阐明了钛合金摩擦环境-摩擦升温-摩擦混合层和磨损机制之间的内禀关系。创新提出了钛合金在不同气氛条件下滑动摩擦接触升温导致的摩擦材料会因高温发生相变，带来晶体结构和尺寸的变化，引起晶粒间应力和裂纹的产生，从而导致摩擦行为的变化。摩擦脱落的硬质颗粒嵌入钛合金表面形成复杂的摩擦混合层在磨损机制中起到关键作用。系统阐明了不同的组织成分的钛合金在不同的气氛环境下的摩擦磨损机制，充实了钛合金多场景摩擦行为的研究基础。（2）揭示了钛合金中析出相对其弹性模量和高温力学行为的影响规律及其机理。厘清了不同的Mo含量下，钛合金中相组成的变化规律。研究了不同相组成（尤其是ω析出相）对钛合金弹性模量的影响规律。揭示了Ti-Mo合金的Mo含量，相组成与弹性模量三者之间的内禀关系。为不同弹性模量钛合金可控制备奠定了理论设计的基础，具有重要的参考价值。此外，还研究了C元素的添加对TiAl合金高温蠕性能的影响，从原子结构尺度表征析出相，确立了析出相与TiAl基体的晶体取向关系和演化规律，从机理上揭示了析出相强化的机制，有效充实了TiAl合金高温力学性能与组织调控的研究基础。（3）建立了高效的低成本钛合金零部件近净成形工艺仿真设计与材料组织性能一体化的研究设计思路。基于粉末冶金钛合金应力应变本构方程，开展了粉末冶金钛合金连杆烧结坯模锻过程的有限元模拟，有效预测钛合金连杆锻造过程中各部位材料的应力，应变，温度的变化与连杆锻造不同部位的微观的之间的映射关系。为粉末冶金钛合金塑性成形提供了系统的仿真分析方案，将促进钛合金零部件塑性成形技术的发展，可有效提高模具和钛合金烧结坯尺寸的优化设计，实现钛合金零部件近净成形，有效降低钛合金零部件开发的成本，促进钛合金在工业领域的应用。5篇代表作论文全部为SCI一区论文，并被《TribologyInternational》、《Wear》、《ActaMaterialia》、《InternationalJournalofFatigue》、《MaterialsandDesign》、《J.Alloys.Compd》、《CeramicsInternational》、《MaterialsCharacterization》、《Intermetallics》等国内外机械摩擦和金属材料领域TOP期刊引用，总计被引用153次，他引总次数为140次；其中SCI他引次数为135次，单篇最高SCI他引77次，研究工作获得了该领域同行的广泛关注与积极评价。

代表作及论文目录六、代表作（含论文、专著）目录（不超过5篇）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1Microstructuresandmechanicalpropertiesoftitaniumalloyconnectingrodmadebypowderforgingprocess/Materials&Design/J.W.Qiu,Y.Liu,Y.B.Liu,B.Liu,B.Wang,E.Ryba,H.P.Tang2012年33卷213-219页2011年07月23日Y.LiuJ.WQiu邱敬文/1，刘咏/2，刘延斌/3，王斌/5，汤慧萍/728SCISSCI、A&HCI、ESCI、CPCIS、CPCI-SSH是2ElasticmodulusofphasesinTi–Moalloys/MATERIALSCHARACTERIZATION/Wei-dongZhang,YongLiu,HongWu,MinSong,TuoyangZhang,Xiao-dongLan,Tian-hangYao2015年106卷302-307页2015年06月17日YongLiuWei-dongZhang张卫东/1，刘咏/2，吴宏/3，宋旼/4，兰晓东/6，姚天航/780SCISSCI、A&HCI、ESCI、CPCIS、CPCI-SSH是3PrecipitationbehaviorofTi-45Al-3Fe-2Mo-0.5Cintermetallicsaftercreeptestsat750 °C/MaterialsCharacterization/JingwenQiu,CanxuZhou,BinLiu,YongLiu,HuizhongLi,XiaopengLiang,XiangZan2019年155卷109825页2019年07月18日BinLiuJingwenQiu邱敬文/1，周灿旭/2，刘彬/3，刘咏/4，李慧中/5，梁霄鹏/6，昝翔/73SCISSCI、A&HCI、ESCI、CPCIS、CPCI-SSH是4EffectsofenvironmentondryslidingwearofpowdermetallurgicalTi-47Al-2Cr-2Nb-0.2W/Intermetallics/J.Qiu,Y.Liu,F.Meng,I.Baker,P.R.Munroe2014年53卷10-19页2014年02月25日Y.Liu,I.BakerQiu邱敬文/1，刘咏/217SCISSCI、A&HCI、ESCI、CPCIS、CPCI-SSH是5Effectsofniobiumparticlesonthewearbehaviorofpowdermetallurgicalγ-TiAlalloyindifferentenvironments/Wear/JingwenQiu,ZhengfanFu,BinLiu,YongLiu,JianhuiYan,DiPan,WeidongZhang,IanBaker2019年434卷202964页2019年07月11日BinLiu,JianhuiYanJingwenQiu邱敬文/1，付正帆/2，刘彬/3，刘咏/4，颜建辉/5，潘迪/6，张卫东/712SCISSCI、A&HCI、ESCI、CPCIS、CPCI-SSH是合计140

主要完成人情况姓名排名技术职称/行政职务工作单位完成单位对本项目创造性贡献邱敬文1副教授、副主任湖南科技大学湖南科技大学本项目代表作（1）（3）（4）（5）的第一作者。系统研究了钛合金在不同条件下的摩擦磨损机理，揭示了钛合金析出相对高温力学性能的影响规律和实现了钛合金零件高效低成本塑性成形等主要工作张卫东2副教授、无湖南大学湖南大学（1）主导了科学发现二中的主要研究工作，并做出了创造性贡献，提出了钛合金中析出相对其弹性模量的影响机理；（2）参与了科学发现一的相关研究工作，揭示了Nb颗粒对TiAl摩擦混合层组织的影响规律。是代表性论文（2）的第一作者和代表性论文（4）的主要参与作者。刘咏3教授、院长中南大学中南大学（1）参与了科学发现二的相关研究，揭示了钛合金中析出相对其弹性模量和高温力学行为的影响规律及其机理（2）参与了科学发现一和三的相关研究工作，揭示了不同气氛环境对TiAl合金摩擦行为的作用机制，模拟了钛合金连杆粉末锻造过程，分析了不同部位微观组织与力学性能之间的关系。是3篇代表性论文的通讯作者。刘彬4研究员、所长中南大学中南大学（1）参与了科学发现一中的研究，协助分析了不同气氛下TiAl合金的磨损机理。（2）参与了科学发现二的研究，协助揭示了TiAl合金在高温析出相与基体相之间的位向关系。（3）参与了科学发现三的研究工作，协助了钛合金粉末锻造有限元分析模型的建立。是代表性论文（4）和（5）的通讯作者和代表性论文（1）的主要参与作者。主要完成单位情况第一完成单位：湖南科技大学负责该项目的实施，对科学发现（一）和（二）均作出贡献。主要包括：系统研究了钛合金在不同条件下的摩擦磨损机理，揭示了钛合金析出相对高温力学性能的影响规律和实现了钛合金零件高效低成本塑性成形等主要工作。第二完成单位：湖南大学项目参与单位，（1）第一署名单位完成了科学发现（二）中的主要研究工作，系统提出了钛合金中析出相对其弹性模量的影响机理；（2）第三署名单位参与了科学发现（一）的相关研究工作，揭示了Nb颗粒对TiAl摩擦混合层组织的影响规律。第三完成单位：中南大学项目参与单位，（1）参与了科学发现二的相关研究，揭示了钛合金中析出相对其弹性模量和高温力学行为的影响规律及其机理（2）参与了科学发现一和三的相关研究工作，揭示了不同气氛环境对TiAl合金摩擦行为的作用机制，模拟了钛合金连杆粉末锻造过程，分析了不同部位微观组织与力学性能之间的关系。主要完成人合作关系说明项目依托湖南科技大学、湖南大学、中南大学完成，在邱敬文副教授牵头的项目组成员共同努力下，围绕钛合金摩擦磨损机理及组织性能调控研究开展了较为长期的研究工作。相关研究成果发表在《Wear》、《MaterialsandDesign》、《MaterialsCharacterization》、《Intermetallics》国外权威期刊上。项目组完成了研究了钛合金在不同环境条件下的摩擦磨损行为，并对其组织（成分，析出相）—性能（耐磨性能，弹性模量，力学性能）调控开展了系列的基础性研究工作。探索了低成本钛合金零件成形后组织与力学性能之间的关系。湖南科技大学邱敬文副教授、湖南大学张卫东副教授和中南大学刘咏教授及刘彬研究员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）第一完成人邱敬文，是本项目代表作（1）（3）（4）（5）的第一作者。2010.9-2014.6在中南大学刘咏课题组攻读博士学位，重点研究钛合金的摩擦磨损机理。（2）第二完成人张卫东，是代表性论文（2）的第