汽车是现代社会的重要交通工具，也是国家经济发展的重要支柱产业。截止2022年底，中国汽车产量约2700万辆，新能源汽车产量为700万辆，我国已成为世界上最大的汽车生产和消费国。近年来，为了促进节能减排，保护生态环境，汽车轻量化已成为全球汽车工业可持续发展的重要课题。如何降低汽车自身重量同时提高输出功率、提升操控性和安全性，并对关键零部件轻量化技术开发及汽车轻量化多材料应用及成本控制等问题，成为亟待解决的重要问题，受到了科研学者的广泛关注和深入研究。
英国伦敦帝国理工学院与重庆大学联合培养博士、北京理工大学重庆创新中心装备轻量化研究所所长赵岩教授，作为重庆市创新创业领军人才，长期从事汽车轻量化技术研究，负责或承担国家重点研发计划、国家科技重大专项、国家自然科学基金重点项目、重庆市产业重点研发、企业研发项目等20余项，发表SCI/EI论文30余篇，制定汽车行业标准2项，授权发明专利10余项，获得软件著作权6项。取得一系列重大创新科研成果，成功研发多种先进的轻量化材料，并应用于汽车产业，为汽车减重的同时，也为节能减排做出了重要贡献，为未来汽车产业科技创新指出了新的方向。
致力研发材料 创新驱动发展
众所周知，汽车工业是碳排放大户，占我国近70%的总石油消耗，汽车轻量化发展刻不容缓。赵岩认为，超高强度钢的应用在实现汽车轻量化的同时可提升汽车的安全性能，进而达到节能、降碳和降本的多重目标。材料强度提升导致成形性降低，而热冲压成形（简称：热成形）技术很好地解决了材料超高强度与良好成形性之间的矛盾，目前已广泛应用于乘用车安全件的制造，单车用量普遍在10个零件以上，新能源汽车则在20个以上。然而，热成形零件因韧性不足、氢脆敏感性高，使用中存在碰撞失效、氢脆开裂等安全隐患。
为此，基于晶粒细化、纳米第二相析出、合金固溶等多重强韧化效应，赵岩首创了汽车用超高强热成形钢复合微合金化关键调控技术，联合中信金属、中国汽研、马钢等单位研发并产业化22MnB5NbV和34MnB5NbV两类新型热成形钢，显著提升了超高强热成形零件韧性和抗氢致延迟断裂性能。利用三维原子探针首次表征出了(Nb, V)C的壳-核结构，首次证明作为“强氢陷阱”的(Nb,V)C的吸氢能力源于基体-(Nb, V)C 共格界面处的弹性应力场，并确定了(Nb,V)C作为“强氢陷阱”的临界尺寸。相关技术通过了第三方权威机构检测，翁宇庆院士领衔的国内顶级专家组认为该总体成果达到国际先进水平，其中NbC与扩散氢原子作用机理的研究处于国际领先水平。基于Nb、V 复合微合金化技术开发了新型22MnB5NbV和34MnB5NbV钢；相较于传统22MnB5和34MnB5钢，运用此新型热成形钢制造的乘用车热成形零件碰撞断裂临界应变可提高20%，氢致延迟断裂失效时间可提高4倍以上。
目前，赵岩研发的新型复合微合金化热成形钢已在马钢等钢厂实现工业化量产，供货于多家热成形零件生产企业，制造的热成形A柱、B柱、车门防撞梁等零件已被批量应用于8款国产乘用车型，直接经济效益达50亿元。
热成形是集钢材加热奥氏体化、模内成形与淬火多项工艺于一体的先进制造技术，可制造强度1500MPa以上、复杂形状的汽车零件，是同时实现汽车安全和轻量化的首选路径。在乘用车领域，热成形钢可广泛应用于汽车A/B柱、前后防撞梁、中通道、门槛等安全结构件。2021年，我国汽车热成形零件产量超2亿件，产值超百亿元，但占据市场主流的Al-Si涂层热成形钢专利却由国外公司垄断，严重制约国产汽车轻量化水平提升，热成形材料、工艺等多项“卡脖子”技术急需解决。另外，在商用车领域，在严查超载的政策背景下，热成形钢的应用可使商用车进一步减重30%-40%，但表面氧化皮难处理。
对此，赵岩首创稀土微合金化Si-Cr系抗氧化热成形钢，在热成形钢高温加热时表面形成微米级氧化保护膜，避免疏松氧化铁皮的产生。该产品能有效解决现行无涂层板的高温氧化问题，避开抛丸工艺，可以制造汽车大型薄壁零件，突破了国外Al-Si涂层技术的“卡脖子”问题，使热成形零件制造更绿色、更低碳。
该产品打破了乘用车领域国外Al-Si涂层专利技术垄断的局面，目前已在攀钢实现百吨级量产，制造出的乘用车热成形零件表面质量、涂装、焊接性能均达到车企认证标准，并具备更高的韧性与抗氢致延迟断裂性能。目前该钢种正在长安、吉利等头部企业进行推广应用，有望替代Al-Si涂层热成形钢。
在商用车领域，也已应用于商用车车厢制造，轻量化效果显著，降本优势明显。应用无涂层、免抛丸热成形钢的8米自卸车车厢实现减重42%，成本降低20%；5.6米渣土车厢实现减重33%，成本降低18%，两款车预计2023年底进入市场。
研发建模软件 技术引领未来
CAE软件是我国制造业产业升级和转型的重要关键技术。近年来，汽车碰撞法规日益严苛，轻量化要求越来越高，在汽车设计阶段引入CAE分析工具对汽车碰撞性能进行预测，是当下各大车企的主流解决方案。整车碰撞中零件存在高应变速率和复杂应力状态等特点，每次碰撞涉及部件数以千计，连接关系复杂且形式多样，因此，整车碰撞变形与断裂仿真涉及到的力学理论与工况非常复杂，技术门槛相当高，目前也被国外软件牢牢占据。整车碰撞的几何建模、材料建模和有限元求解器分别由法国Dassault公司的CATIA、德国MATFEM公司的CrachFEM和美国ANSYS公司的LS-DYNA占据市场。其中，材料建模存在“周期长”、“精度低”、“成本高”三大痛点问题。
为解决材料建模痛点问题，赵岩带领团队研发了国内首款专用的高精度材料本构与断裂建模软件MatFavor，实现了进口软件替代。该软件基于材料建模标准化流程以及自主研发的硬化曲线多元非线性回归、模型自学习迭代寻优、递进式自动标定等多项核心技术，为车企与材料企业CAE工程师提供无人值守、高效标定的材料模型解决方案，可将材料模型开发周期从20天缩短到2天，典型零件仿真精度从75%提升至90%以上；同时MatFavor还自带材料参数数据库、高精度材料模型求解器，未来还将开发自主有限元算法求解器，完成MatFavor的完全自主国产化的最后一环。
赵岩表示，MatFavor积极响应国家自主工业软件的号召，核心技术均由团队完全自主开发，MatFavor已应用于吉利汽车、长安汽车的整车碰撞仿真，与国外竞品相比，保证精度的同时，可明显提升计算效率，目前已与多家车企、材料企业对接推广，并获得重庆市两江产业集团的种子基金。
MatFavor符合当前国内汽车行业的发展需求，依托于多年来与汽车产业链企业的合作经验，团队已从材料厂、零部件厂、汽车主机厂三个维度分别进行MatFavor的落地合作。同时，根据用户试验标准的不同，开发定制化的标定模块，以解决目前国内汽车企业无法实现模型参数自主求解的难题。
为国而研，为民而创。2023年初以来，赵岩带领团队加快了产业化步伐，截止目前通过横向技术合作创收已突破1000万元。赵岩介绍说，在这其中，MatFavor软件租售及相关的技术服务，创造产值就达700万元。他们近期还获得了重庆明月湖种子私募股权投资基金的100万元股权投资，将用于两年内MatFavor软件的营销推广，以确立行业地位和影响力，实现可持续增长，同时匹配专业工程软件的长期迭代。
功夫不负有心人，多年科研攻关，硕果累累，为赵岩带来了无数奖项：中国汽车工业科学技术进步奖一等奖、中信铌钢技术进步奖一等奖、安徽省科技进步奖二等奖、中国产学研合作创新成果二等奖奖、中国/巴西铌科学与技术合作40周年铌钢先锋奖、重庆九三青年论坛一等奖……赵岩却始终抱着谦虚的心态，认为荣誉是对自己过去成绩的肯定，也是对未来科研的鞭策。
“矢志不渝科研路，孜孜不倦筑梦行”，随着新一轮汽车工业发展的大潮滚滚而来，赵岩将继续扎根汽车轻量化领域，展望未来，前行不辍，创新研发，引领未来，真正实现汽车产业创新驱动发展之梦。
责任编辑：赵娜
