我國先進鎂合金及鎂制品創新基地和人才培養基地
——輕合金精密成型國家工程研究中心

我國先進鎂合金及鎂制品創新基地和人才培養基地
——輕合金精密成型國家工程研究中心

輕合金精密成型國家工程研究中心(NERC-LAF)是由國家發改委(原計委)批準,上海交通大學按高新技術模式、現代企業機制于2000年3月組建的國家級工程研究中心,2003年通過國家驗收正式運行。是我國集鎂合金材料、技術與應用研究開發為一體的重要基地,形成了“基礎研究-應用基礎研究-應用技術研究-推廣示范”一條龍的科研格局,同時也是上海交通大學重要的人才培養和高水平學術交流的基地。工程研究中心主任由原上海交通大學副校長、973首席科學家丁文江教授擔任。

工程研究中心具有材料科學與工程一級學科博士學位授予權,涵蓋材料學、材料工程、材料物理與化學3個二級學科。下設研發部和中試基地,研發部又設有先進鎂合金材料、精密液態成型、塑性加工、腐蝕與防護、鎂基能源材料、鎂基生物醫用材料和軍工鎂合金技術7個研究室;中試基地則注冊有上海輕合金精密成型國家工程研究中心有限公司,擁有各種中大型加工試驗裝備和多條輕合金精密成型的示范生產線。工程研究中心曾先后獲得了國防創新團隊、教育部創新團隊和科技部創新團隊,經過近十年的發展,在整體規模、隊伍建設、條件建設和科研水平方面都取得了較大進步。

科研隊伍與研究方向

輕合金精密成型國家工程研究中心始終把打造國際一流的研究團隊作為重要發展目標,非常注重自身人才培養與人才的引進工作,目前已從上海交通大學原僅有幾個人的有色金屬教研室逐步發展成為一個人員隊伍結構合理、集基礎研究和應用研究人才為一體的實力雄厚的科研團隊。有專職教師與科研人員26名,其中,教授6人、副教授及副研究員10名、973首席科學家1人、總裝先進材料技術專業組成員1人、國務院學位委員會學科評議組成員1人;另有流動研究人員60余名,包括博士后5名,博士和碩士研究生58名;其次還聘有各類工程技術人員300余人。在專職科研人員中,有教育部跨(新)世紀人才5人,優秀學科帶頭人3人;具有博士學位的人員占到人員總數的70%;50歲以下的中青年研究人員占人員總數的80%。

工程研究中心立足于面向21世紀的輕量化與節能新材料的研究,在輕質高性能金屬材料及其加工方面形成了自己的研究特色,尤其是先進鎂基材料研究方面,在國際上占有重要的地位,具有較強的影響力。目前,工程研究中心有6個研究方向:鎂基結構材料基礎研究、鎂合金液態成型技術研究、鎂合金塑性加工技術研究、鎂合金腐蝕與防護技術研究、鎂基能源材料研究、鎂基生物醫用材料研究。

科研成果與科研裝備

輕合金精密成型國家工程研究中心長期致力于輕合金領域內的前沿科學問題和技術問題的研究,瞄準國家重大需求,形成了以鎂合金為中心、以工程化應用為引擎、以應用基礎研究為根本的創新性和系統性研究特色。工程研究中心率先在國內開展新型鎂合金的系統研究,2003～2009年間,輕合金精密成型國家工程研究中心先后承擔了國家自然科學基金、973計劃項目、科技攻關計劃、863計劃、國防科工委民口軍工配套項目、國家發改委高新技術示范工程、科技部中小企業創新基金、上海市科技發展基金、教育部博士點基金等國家和省部級科研項目100多項,科研經費累計超過6 000萬元人民幣,其中縱向科研經費占60%左右。工程研究中心5年來累計在SCI,EI源期刊上發表論文350余篇,撰寫學術專著2部,學術影響力顯著增強。申請國家發明專利157項(已經授權發明專利97項,實用新型專利2項),形成了覆蓋鎂合金“材料、工藝與裝備”的技術群。獲得國家技術發明獎和科技進步獎2項,省部級科技獎勵15項,已產業化的成果6項。

針對鎂合金化學活性強、易燃燒問題,工程研究中心在國家自然科學基金,國家863計劃和攻關計劃的資助下,重點開展了鎂合金的合金化阻燃機制研究與阻燃鎂合金的開發。通過將Ca,Y,Ce,Ta等表面活性元素添加到鎂合金之中,改變了鎂表面氧化熱力學條件,使鎂熔體及合金表面生成復合致密的氧化保護膜,從而開發了阻燃型鎂合金,使鎂合金燃燒溫度從約520℃提高至780℃,實現了阻燃鎂合金無保護熔煉,以此技術為主的“阻燃鎂合金及其關鍵應用技術研究”獲2003年國家科技進步二等獎,相應的博士論文《阻燃鎂合金及其阻燃機理研究》獲2005年全國優秀博士論文提名獎(前200名)。該技術被成功地應用于汽車、手機、筆記本電腦等產品中。

針對傳統鎂合金的強度低、塑性差的問題,工程研究中心在國防973、國家863等項目支持下,率先開展了高性能稀土鎂合金及其強韌化的研究,取得了豐碩的成果,開發了一系列具有自主知識產權的高性能稀土鎂合金,其中發明的JDM1鑄造合金具有非常優秀的綜合性能和耐腐蝕性能,綜合性能已超過常用的A356鋁合金;JDM2高性能鎂合金[ZL200510025251.6],其鑄態熱處理后抗拉強度超過400 MPa,形變熱處理后抗拉強度超過500 MPa(比強度超過了王牌鋁合金7075的水平),是目前世界上采用常規鑄錠冶金方法所獲得的最高強度的鎂合金。獲2006年國防科技進步二等獎。

工程研究中心在著力進行鎂及鎂合金材料研究的同時,也非常重視鎂及鎂合金成形技術與裝備的開發。先后開發了精密砂型鑄造、雙聯式低壓鑄造、真空壓鑄、擠壓鑄造、消失模鑄造、等溫擠壓、差溫拉深等多種鎂合金成形技術,可滿足不同工業領域對鎂合金零部件的需求。目前,工程研究中心已采用自己研制的新型鎂合金及開發的新的成形工藝,已成功地制備出汽車輪轂、戰術導彈、反坦克導彈和V6型汽車發動機缸體等許多典型產品,并制定了相應的企業標準。這些產品在美國通用、德國大眾、上海汽車工業集團、兵器部203所、航天第八研究院、航空014基地等軍、民企業中得到了很好的應用。

近年來,工程研究中心在211工程項目、985建設項目以及創新能力建設項目的支持下,加快了對實驗室硬件條件的建設。目前,已擁有各種先進的分析測試儀器設備300余臺套,包括材料制備、組織分析、性能測試及各種計算模擬設備等,如場發射掃描電鏡、多功能高溫疲勞試驗機、萬能電子拉伸機、直讀光譜儀等。另外,正在采購安裝中的大型精尖分析設備有10臺套。

輕合金精密成型國家工程研究中心立足于鎂及鎂合金的研究開發,已擁有高品質鎂合金熔劑、高品質鎂合金錠生產技術、鎂合金精密壓鑄成型技術、鎂合金輪轂生產技術、鎂合金塑性變形加工技術(擠壓、軋制、沖壓等)和鎂合金表面處理技術等核心技術。并將基礎研究、應用研究、工程化研究和技術轉移有機結合起來,加快鎂及鎂合金科研成果的轉化。目前工程研究中心已在上海松江九亭高科技園區建設了占地100畝的研究開發和成果產業化示范基地。基地擁有鎂合金壓鑄機5臺,擠壓機1臺,擠壓鑄造機1臺,低壓鑄造機2臺,并具備齊全的材料科學與加工技術研究測試手段和設備。初步建成了一個面向企業、面向市場,集基礎研究、應用開發、人員培訓和中試生產為一體的開放式服務平臺,成為我國鎂及鎂合金研究和應用的技術示范和技術轉移中心,為我國鎂工業的發展提供了強有力的技術支撐。在中試基地還形成了工程化示范生產產值和技術轉移費累計超過5億元,已為太原同翔鎂業公司、山西聞喜銀光鎂業公司、東北輕合金有限公司、洛陽銅加工廠等十幾家原鎂生產與加工企業提供技術支持,并與上汽、長安、奇瑞、華普等應用單位都建立了廣泛的合作關系。

國際合作與學術交流

輕合金精密成型國家工程研究中心十分重視與國際間的學術交流和研究合作,與美國通用汽車公司、日本日立公司、挪威科技大學、韓國機械與材料研究所、日本名古屋工業技術研究所、東京大學、日本東北大學、日本三菱、長岡科技大學、澳大利亞Monash大學、德國斯圖加特大學、德國阿倫工業大學、法國里昂大學等建立了長期的合作研究關系,通過訪問、講學、合作研究和交換培養學生等多種形式加強國際學術交流與合作。并與美國通用汽車公司共同建立了交大-通用先進材料制造聯合研究室(SJTU-G MAMP CRL)。這是通用在亞太地區建立的第二個聯合研究室(中國唯一),專門從事未來汽車輕量化材料及制造技術研究,目前已承擔通用汽車公司國際合作項目20余項,累計經費已達300萬美元。僅近3年,工程研究中心就接待了來自10余個國家和地區的訪學者超過100人,作學術報告30余次。另外,還聘請了通用汽車公司材料主管Y.C.Wang博士和材料專家Alan Luo博士、澳大利亞MONASH大學微結構及相變研究專家J.F.Nie教授、挪威NTNU的Roven教授等擔任兼職教授。

工程研究中心還積極派遣教師與科研人員參加各種重要的國際學術會議,發表該中心的最新科研成果。近5年參加國際學術會議的總人數達30余人,受邀請作專題報告的10余人次,承辦和協辦國際會議2次。

人才引進與培養

輕合金精密成型國家工程研究中心擁有一支高素質的教師隊伍,十分重視研究人才的培養,在上海交通大學研究生管理制度基礎上,結合工程研究中心的實際情況,制定了工程研究中心自己的研究生管理細則、實驗設備培訓上崗制度、研究生獎學金與學術成果獎勵制度等,完善研究生培養體系,激發研究生的科研熱情,注重研究生的創新能力與實際動手能力的培養,很好地保證了研究生的質量。同時,每年均自籌經費積極地為研究生出國深造和聯合培養創造條件,為青年教授赴國外著名大學或研究機構從事訪問研究提供機會,拓展青年教師和研究生的視野;并與澳大利亞MONASH大學簽定雙學位博士生聯合培養協議,旨在為工程研究中心培養更高層次的研究人員。

另外,工程研究中心還通過合作研究、學術交流等各種途徑積極發現人才,并通過特別研究員的方式從海外引進人才。近3年已引進3名留學歸國人員。還將進一步從國際、國內引進一批高端人才或領軍人物,充實工程研究中心的研究隊伍。

目前,工程研究中心仍一如既往地時刻把握學科前沿,堅持基礎研究與應用研究并舉,不斷拓寬研究領域,打造國際一流的“先進鎂合金及鎂制品”創新基地和人才培養基地,共創我國“鎂”好時代。(本刊記者)