2022年3月25日，四川省科學技術獎勵大會在成都隆重舉行，我院陳輝教授團隊主持的“復雜地層大型掘進機高性能刀盤刀具材料與工藝關鍵技術”項目榮獲四川省科學技術進步獎一等獎，主要完成人為陳輝、劉艷、李遠星、管會生、胡登文、暨智勇、劉艷軍、吳影、陽旭、張君10人。

“21世紀是隧道與地下工程大發展的時代”，這句話在當今世界工程建設中體現得淋漓盡致。以盾構機、TBM為代表的隧道掘進機是隧道挖掘的“鋼鐵穿山甲”，是保障國家重大工程的“大國重器”，廣泛用于高鐵、地鐵、水利工程等重大隧道工程建設。大型掘進機具有掘進速度快、施工工期短、對生態破壞性小、綜合效益高等優點，在我國得到大規模應用。目前我國各類隧道與地下工程建設中有超過2000余臺掘進機在同時掘進，相關產業超過1000億元。

圖1  掘進機刀盤刀具

掘進機面臨大型化、刀盤結構形式多樣化，以及穿越鐵路、河流、構筑物帶來的高風險性等難題，要求其“掘得進，排得出，穩得住，耐得久”。刀盤刀具是掘進機的“鐵嘴鋼牙”，是確保掘進安全、效率、成本的核心，在復雜地層、長距離連續掘進條件下，刀具線速度高，磨損、沖擊劇烈，傳統切削刀具合金韌性差，釬焊強度低，易崩刃、掉塊，滾刀耐磨性差導致掘進效率低，無法適應隧道建設中各種地層的長壽命高可靠掘進需求，嚴重制約我國掘進裝備升級大發展。高性能刀盤刀具長期依賴進口，國外對中國技術封鎖，嚴重“卡脖子”。傳統國產刀盤刀具性能較差、壽命較短，開倉和刀具更換風險大，常導致重大工程事故。

圖2 中國鐵建重工集團股份有限公司與陳輝教授團隊簽訂聯合研發設計制造中心協議

陳輝教授團隊項目由西南交通大學聯合中國鐵建重工集團股份有限公司、湖南博云東方粉末冶金有限公司和四川廣正科技有限公司，持續聚焦研究10余年，多學科交叉融合，聯合攻克相關材料與工藝關鍵技術。先后獲得國家重點研發計劃、國家科技支撐計劃、國家自然科學基金、四川省和成都市重點項目等資助。在特粗晶硬質合金制備技術、超聲+納米改性復合增強的多場多尺度調控釬焊新技術、高碳高硬滾刀的激光增材制造新方法和鉭、釩改性的激光增材制造新材料、復雜地層-刀盤刀具適應性設計等方面取得創新，突破低應力強結合高強韌切削刀具、低缺陷高硬度高強韌滾刀關鍵材料和工藝以及復雜地層高適應長壽命高可靠刀盤設計制備及刀具應用關鍵技術瓶頸，實現譜系化長壽命刀盤刀具工程化應用。

圖3 譜系化刀盤刀具

圖4  掘進機出洞

該項目產品廣泛應用于高鐵隧道、城市地鐵、國防工程等重大工程，為中國高端裝備升級發展提供了堅實的材料與工藝技術支撐，提升了其核心競爭力。