2022年度湖南省自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)目公示材料

2022年度湖南省自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)目公示材料一、項(xiàng)目名稱(chēng)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(jī)理研究二、提名單位及提名等級(jí)提名單位：湖南科技大學(xué)提名等級(jí)：湖南省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)三、提名意見(jiàn)航空航天以及軌道交通等高端裝備對(duì)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(píng)估一直是制約我國(guó)大飛機(jī)、高鐵發(fā)展的重要瓶頸。該項(xiàng)目開(kāi)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(jī)理研究，對(duì)進(jìn)一步提高鋁合金的可靠性、使用壽命及運(yùn)行效率具有積極的推動(dòng)作用。2012年以來(lái)，在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助下，項(xiàng)目組成員圍繞鋁合金構(gòu)件在交變載荷、復(fù)雜溫度場(chǎng)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(jī)理進(jìn)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(jī)理，探明了多尺度微結(jié)構(gòu)對(duì)鋁合金構(gòu)件服役可靠性的影響機(jī)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(guó)產(chǎn)大飛機(jī)機(jī)翼壁板、“復(fù)興號(hào)”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(guó)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(guó)內(nèi)外同行廣泛關(guān)注與高度評(píng)價(jià)。項(xiàng)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(jià)值和工程應(yīng)用前景。經(jīng)學(xué)校審核，申報(bào)材料真實(shí)有效，對(duì)照湖南省自然科學(xué)獎(jiǎng)授獎(jiǎng)條件，提名該項(xiàng)目為湖南省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。四、項(xiàng)目簡(jiǎn)介鋁合金具有密度低、比強(qiáng)高等眾多優(yōu)點(diǎn)，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(guó)大飛機(jī)、高鐵等高端制造業(yè)快速發(fā)展，對(duì)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(píng)估需求迫切。在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）、國(guó)家自然科學(xué)基金等資助下，本項(xiàng)目開(kāi)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(jī)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(píng)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(shí)現(xiàn)了構(gòu)件服役可靠性大幅提升。項(xiàng)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(jī)理。研究了鋁合金構(gòu)件S相、陶瓷增強(qiáng)相等微/納相結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)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(chǎng)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(duì)鋁合金構(gòu)件第二相形成、演變，位錯(cuò)增殖、反應(yīng)以及微裂紋閉合、擴(kuò)展等行為的作用規(guī)律，探明了鹽霧、交變應(yīng)力、溫度場(chǎng)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(jī)理，為探明微結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)鋁合金構(gòu)件服役可靠性的影響機(jī)制，建立了復(fù)雜耦合服役環(huán)境下鋁合金可靠性預(yù)測(cè)模型?；趶?qiáng)化相與位錯(cuò)等微結(jié)構(gòu)協(xié)同控制技術(shù)，結(jié)合分步軋制及多級(jí)熱處理工藝，實(shí)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(jī)制，確立了鋁合金晶粒尺寸與疲勞裂紋擴(kuò)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(kuò)展速率預(yù)測(cè)模型；分析了微納相結(jié)構(gòu)對(duì)鋁合金在復(fù)雜環(huán)境下服役可靠性的影響機(jī)制，探明了高可靠性鋁合金所對(duì)應(yīng)的微結(jié)構(gòu)特征，為開(kāi)發(fā)高可靠性的鋁合金構(gòu)件奠定了理論基礎(chǔ)。(3)開(kāi)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(duì)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(jìng)生機(jī)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(duì)微/納相結(jié)構(gòu)形態(tài)、分布及演變的影響機(jī)制，并通過(guò)開(kāi)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(shí)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(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者廣泛關(guān)注和正面引用，被《InternationalJournalofPlasticity》、《InternationalJournalofFatigue》、《MaterialsScienceandEngineeringA》等國(guó)際著名期刊多次引用，SCI他引222次（平均44.4次/篇）。項(xiàng)目第一完成人獲得湖南省科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目、湖南省杰出青年基金項(xiàng)目立項(xiàng)支持。五、代表作及論文目錄序號(hào)代表作名稱(chēng)/刊名/作者年卷頁(yè)碼（xx年xx卷xx頁(yè)）發(fā)表時(shí)間（年月日）通訊作者（含共同）第一作者（含共同）國(guó)內(nèi)作者（排序）他引總次數(shù)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)是否歸國(guó)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(qiáng)，劉會(huì)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(huì)群，易丹青，尹德艷，陳宇強(qiáng)，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(huì)群，陳宇強(qiáng)，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(lái)榮，余宸旭16SCI-E是5Effectsof

serviceenvironmentand

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fatiguebehaviourof

2524aluminiumalloy/ArchivesofCivilandMechanicalEngineering/Y.

Q.

Chen,H.

Zhang,S.

P.

Pan,Y.

F.

Song,X.

Liu,W.

H.

Liu2020,20:52020.3.1Y.Q.ChenY.Q.Chen陳宇強(qiáng)，張浩，潘素平，宋宇峰，劉筱，劉文輝12SCI-E是合計(jì)222六、主要完成人情況姓名排名行政職務(wù)技術(shù)職稱(chēng)工作單位完成單位對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)陳宇強(qiáng)1副院長(zhǎng)教授湖南科技大學(xué)湖南科技大學(xué)本項(xiàng)目主要完成人，主持完成了項(xiàng)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(jī)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(xiàng)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(xiàng)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(chǎng)下的服役可靠性影響規(guī)律，探明了微結(jié)構(gòu)對(duì)鋁合金構(gòu)件服役可靠性的影響機(jī)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(xiàng)研究工作中的工作量占工作總量的20%。劉會(huì)群3教授中南大學(xué)中南大學(xué)本項(xiàng)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(duì)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(duì)鋁合金服役可靠性的影響機(jī)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(xiàng)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(xiàng)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(jī)制，優(yōu)化了高可靠性鋁合金的成分設(shè)計(jì)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(xiàng)研究工作中的工作量占本人工作總量的10%。肖來(lái)榮5院黨委書(shū)記教授中南大學(xué)中南大學(xué)本項(xiàng)目主要完成人，研究了微/納相結(jié)構(gòu)形成與競(jìng)生機(jī)制，探明了微結(jié)構(gòu)特征對(duì)鋁合金可靠性的影響機(jī)理，對(duì)重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)1和2項(xiàng)發(fā)現(xiàn)做出了重要貢獻(xiàn)，在代表性論文4中署名為通訊作者，在該項(xiàng)研究工作中的工作量占工作總量的10%。潘素平6實(shí)驗(yàn)師中南大學(xué)中南大學(xué)本項(xiàng)目主要完成人，參與完成了項(xiàng)目中鋁合金性能測(cè)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(xiàng)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(xiàn)1湖南科技大學(xué)湖南科技大學(xué)為項(xiàng)目第一完成單位，是國(guó)家自然科學(xué)基金“細(xì)微吸附顆粒對(duì)鋁合金構(gòu)件疲勞損傷行為的影響機(jī)理研究(編號(hào)：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(hào)：2019JJ60043)”等項(xiàng)目的承擔(dān)單位，組織了對(duì)本項(xiàng)目所涉及基金項(xiàng)目的申報(bào)、管理、監(jiān)督和結(jié)題等方面的指導(dǎo)工作。同時(shí)，也為各種項(xiàng)目的順利完成提供了經(jīng)費(fèi)配套、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地、人才、服務(wù)等硬件和軟件的支持，為本項(xiàng)目的科技創(chuàng)新和推廣應(yīng)用作出了重要貢獻(xiàn)。2中南大學(xué)中南大學(xué)為項(xiàng)目第二完成單位，是國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）“中強(qiáng)鋁合金板材形變組織與耐損傷性的均勻化調(diào)控(編號(hào)：2012CB619506)”項(xiàng)目的承擔(dān)單位，為本項(xiàng)目研究成果的申報(bào)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(fèi)和科研人員，為科研成果的產(chǎn)出提供了保證，也為本項(xiàng)目的科技創(chuàng)新和推廣應(yīng)用作出了重要貢獻(xiàn)。八、主要完成人合作關(guān)系說(shuō)明項(xiàng)目依托湖南科技大學(xué)和中南大學(xué)，在陳宇強(qiáng)教授牽頭的項(xiàng)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(jī)理開(kāi)展了長(zhǎng)期研究。主持和完成國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）、國(guó)家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目多項(xiàng)，相關(guān)研究成果在《MaterialsandDesign》、《JournalofAlloysandCompounds》、《InternationalJournalofFatigue》和《ArchivesofCivilandMechanicalEngineering》等國(guó)際重要期刊發(fā)表。項(xiàng)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(jī)理研究，陳宇強(qiáng)教授、宋宇峰副教授、劉會(huì)群教授、劉文輝教授、肖來(lái)榮教授、潘素平實(shí)驗(yàn)師組成了聯(lián)系密切的校際合作團(tuán)隊(duì)，具體合作經(jīng)歷簡(jiǎn)述如下:（1）第1完成人陳宇強(qiáng)，主持完成了項(xiàng)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(jī)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(huì)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(chǎng)下的服役可靠性影響規(guī)律，探明了微結(jié)構(gòu)對(duì)鋁合金構(gòu)件服役可靠性的影響機(jī)理。陳宇強(qiáng)、肖來(lái)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(huì)群，研究了合金化元素、加工工藝等因素對(duì)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(duì)鋁合金服役可靠性的影響機(jī)理。陳宇強(qiáng)、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(jī)制，優(yōu)化了高可靠性鋁合金的成分設(shè)計(jì)和成型工藝，與陳宇強(qiáng)、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(lái)榮，研究了微/納結(jié)構(gòu)形成與競(jìng)生機(jī)制，探明了微結(jié)構(gòu)特征對(duì)鋁合金可靠性的影響機(jī)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(xiàng)目中鋁合金性能測(cè)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(qiáng)、劉會(huì)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