一 薄铝硅涂层热成形钢专利布局再获突破

据悉，2019年，育材堂的AluSlim®高韧性Al-Si镀层技术突破了阿赛洛米塔尔的技术壁垒，并一度成为安米公司就其Al-Si镀层专利无效的诉讼对象。育材堂在技术研发之初就重点进行了相关专利布局，在接到诉讼后，冷静分析，沉着应对，成功驳回了针对此项技术专利无效的申请，使得薄涂层热成形钢的产业化布局又迈出了重要的一步。

此次专利无效驳回对于初创型企业是一个重要的实战演练。一方面，提升了企业在行业内的影响力，得到了更多合作伙伴的认可，直接促成了通用汽车以AluSlim®1500产品性能指标定义了2019版全球材料标准。另一方面，也证明了育材堂专利的原创性与稳定性，同时也让育材堂更加坚定了专利布局的重要性和知识产权的价值，在专利复审方面积累了更多的经验。

目前，公司已与两家钢铁龙头企业达成技术合作，以普通许可的方式将专利转让给企业使用，预计专利许可费将达3亿元以上。未来，公司将专利定位在实现专利许可、授权、诉讼等方面，在专利数量储备以及专利行业控制力上做进一步提升。

“育材堂从创立之初，就把知识产权作为企业生存的命脉。智慧芽为我们提供了包括咨询服务、知识产权管理系统和专利数据库等在内的一站式服务，是育材堂持续创新路上的坚实伙伴。”育材堂总经理熊小川博士在谈到公司专利布局策略时指出。

 

二 高韧性铝硅镀层技术，从“0”到“1”的突破

2019年9月18日，轧制技术及连轧自动化国家重点实验室易红亮教授团队在中国汽车轻量化大会上发布了高韧性新型铝硅镀层（AluSlim®）技术，其所属公司“育材堂（苏州）材料科技有限公司”也借机高调亮相行业大会。基于东北大学提出的铝硅镀层和钢基体界面间高碳致脆的全新理论，育材堂开发出的新一代高韧性的铝硅镀层技术，在汽车钢铝硅镀层强韧化领域实现从“0到1”的突破。

技术亮点：在“热成形工艺”的基础上，高韧性新型铝硅镀层技术突破了镀层热冲压钢的韧性技术瓶颈, 对比现有技术可进一步减薄汽车零件, 以实现汽车轻量化。根据德国汽车工业协会标准(VDA standard),在1500MPa级热冲压钢中，该技术是全球目前唯一可以实现65度折弯角的高韧性镀层技术。

技术创新：在前期大量调研的基础上，育材堂着重关注企业生产升级痛点，与东北大学、马钢、东风实业、通用汽车中国科学研究院等多家单位通力合作，进行AluSlim®高韧性技术的研发。“Al-Si镀层和钢基体界面间高碳致脆”理论是在充分掌握物理冶金、材料学等基础理论，生产流程，以及上下游全产业链技术等的基础上提出的。区别于以往的研发，育材堂采用降低镀层厚度和优化加热工艺等方法，减少基材与镀层间的合金化，降低高碳马氏体层厚度，大大改善了Al-Si镀层板的韧性，大幅提升了弯曲断裂应变，并降低了延迟开裂风险。

三 联合港大黄明欣教授，揭示薄涂层高韧性的科学机理

香港大学机械工程系黄明欣教授团队的最新研究，通过分析Al-Si镀层热成形钢的裂纹扩展与断裂机制，解释了薄镀层改善热成形钢弯曲韧性的具体原因，有望推动传统厚Al-Si镀层向新型薄Al-Si镀层的转变。相关论文于近日以题“Improving the bending toughness of Al-Si coated press-hardened steel by tailoring coating thickness”发表在scripta Materialia 上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.10.008

本研究首先对Al-Si镀层的微观组织与裂纹扩展进行了分析。研究发现，Al-Si镀层热成形钢在热成形后的微观组织主要由金属间化合物层、铁素体层、马氏体基底构成。其中，金属间化合物呈脆性，在热成形后就已经存在裂纹，是镀层裂纹的源头，尽管铁素体层韧性相对较好，但仍然无法阻止裂纹向基底扩展。其主要原因可能在于两方面：高Al/Si含量的铁素体，由于Al/Si固溶造成大量晶格畸变，其本身呈脆性；低Al/Si含量的铁素体，厚度仅为1-2μm，不足以有效阻碍裂纹扩展。同时，在厚镀层与薄镀层热成形钢中靠近镀层的区域，均未发现高碳片状马氏体。

 

图1 两种Al-Si镀层热成形钢的微观组织。

通过对比厚镀层与薄镀层热成形钢的力学性能，发现两种热成形钢的拉伸性能与显微硬度非常接近，但是按照VDA238-100标准测得的弯曲韧性却存在明显差异，薄镀层热成形钢的弯曲韧性明显更好。

 

图2 两种Al-Si镀层热成形钢的力学性能。（AlSi13为薄镀层、AlSi35为厚镀层）

研究分析了弯曲试验后的微观组织与断口形貌，发现在弯曲变形过程中，断裂总是从样品表面开始，因而弯曲韧性对镀层裂纹更加敏感，镀层裂纹在扩展至马氏体基体后，在裂纹尖端会形成高应力集中，可以诱发局部剪切变形，最终导致断裂。通过建立裂纹扩展模型发现，薄镀层由于镀层厚度更小，镀层裂纹长度更短，裂纹尖端的应力集中也更小，因而薄镀层热成形钢的弯曲韧性也更好。

 

图3 Al-Si镀层热成形钢在变形后的微观组织。在弯曲变形后，可以观察到Al-Si镀层裂纹诱发的剪切带。

 

图4 两种Al-Si镀层热成形钢的断口形貌。

四 产学研合作再升级，助推产业链成长

育材堂的“AluSlim®高韧性新型Al-Si镀层技术”为校企合作升级以及成果转移提供了优质案例。为推进技术成果转化，育材堂在整个过程中承担起了桥梁和纽带的作用。育材堂总经理熊小川先生在公司成立之初，招募来自全球的顶尖汽车和钢铁企业的资深研究员，为项目搭建了强有力的工程研发团队。公司秉承产学研合作再升级的发展理念，促成东北大学基础科研团队与育材堂工程研发团队无缝对接，将基础应用研究顺利转化为工程技术，并且在主导技术产业化研发的同时，积极打通由钢铁企业、汽车企业和零部件制造企业构成的全产业链，全面推进技术的推广应用。

任何一种技术的推广都有赖于上下游产业的密切配合，明确的分工和专业的运作为育材堂的校企合作之路提供了清晰的逻辑线，在整个产业链上形成了零障碍合作链条。在基础研究和工程技术对接的基础上，马钢负责AluSlim®高韧性新型Al-Si镀层产品原料板生产指标的控制及批量工业试制，东风实业负责热冲压平板模具板料的冲压以及后期热冲压零部件的试制，通用汽车中国科学研究院具体负责零部件的抗延迟开裂性能与涂装耐蚀性能评价。整个研发过程环环相扣，真正是汇聚整个产业链的力量在推进技术创新。

在薄涂层热成形钢的相关专利布局日趋明朗，产业化的应用技术验证工作逐步完善的背景下，进一步加快“AluSlim®高韧性新型Al-Si镀层技术”的产业化进程，对于促进国内车用热成形钢产业的可持续发展有重要的意义，也为国内汽车轻量化技术的发展提供了有力的支撑。

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