2022年3月25日，四川省科学技术奖励大会在成都隆重举行，我院陈辉教授团队主持的“复杂地层大型掘进机高性能刀盘刀具材料与工艺关键技术”项目荣获四川省科学技术进步奖一等奖，主要完成人为陈辉、刘艳、李远星、管会生、胡登文、暨智勇、刘艳军、吴影、阳旭、张君10人。
“21世纪是隧道与地下工程大发展的时代”，这句话在当今世界工程建设中体现得淋漓尽致。以盾构机、TBM为代表的隧道掘进机是隧道挖掘的“钢铁穿山甲”，是保障国家重大工程的“大国重器”，广泛用于高铁、地铁、水利工程等重大隧道工程建设。大型掘进机具有掘进速度快、施工工期短、对生态破坏性小、综合效益高等优点，在我国得到大规模应用。目前我国各类隧道与地下工程建设中有超过2000余台掘进机在同时掘进，相关产业超过1000亿元。
图1 掘进机刀盘刀具
掘进机面临大型化、刀盘结构形式多样化，以及穿越铁路、河流、构筑物带来的高风险性等难题，要求其“掘得进，排得出，稳得住，耐得久”。刀盘刀具是掘进机的“铁嘴钢牙”，是确保掘进安全、效率、成本的核心，在复杂地层、长距离连续掘进条件下，刀具线速度高，磨损、冲击剧烈，传统切削刀具合金韧性差，钎焊强度低，易崩刃、掉块，滚刀耐磨性差导致掘进效率低，无法适应隧道建设中各种地层的长寿命高可靠掘进需求，严重制约我国掘进装备升级大发展。高性能刀盘刀具长期依赖进口，国外对中国技术封锁，严重“卡脖子”。传统国产刀盘刀具性能较差、寿命较短，开仓和刀具更换风险大，常导致重大工程事故。
图2 中国铁建重工集团股份有限公司与陈辉教授团队签订联合研发设计制造中心协议
陈辉教授团队项目由皇冠联合中国铁建重工集团股份有限公司、湖南博云东方粉末冶金有限公司和四川广正科技有限公司，持续聚焦研究10余年，多学科交叉融合，联合攻克相关材料与工艺关键技术。先后获得国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、四川省和成都市重点项目等资助。在特粗晶硬质合金制备技术、超声+纳米改性复合增强的多场多尺度调控钎焊新技术、高碳高硬滚刀的激光增材制造新方法和钽、钒改性的激光增材制造新材料、复杂地层-刀盘刀具适应性设计等方面取得创新，突破低应力强结合高强韧切削刀具、低缺陷高硬度高强韧滚刀关键材料和工艺以及复杂地层高适应长寿命高可靠刀盘设计制备及刀具应用关键技术瓶颈，实现谱系化长寿命刀盘刀具工程化应用。
图3 谱系化刀盘刀具
图4 掘进机出洞
该项目产品广泛应用于高铁隧道、城市地铁、国防工程等重大工程，为中国高端装备升级发展提供了坚实的材料与工艺技术支撑，提升了其核心竞争力。