鋁合金架構(gòu)起行業(yè)脊梁

肖貞林

2016年與2022年，由中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授劉志義率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)出的兩種耐熱鋁合金相繼獲行業(yè)合金牌號(hào)“2A43”與“212Z.1”。這不是劉志義第一次看到自己的科研成果順利“奔現(xiàn)”，也絕不是最后一次，但那份藏于心底的欣喜與激動(dòng)，卻是多年未減。

“擇一事，終一生。我這一輩子幾乎都奉獻(xiàn)給了鋁合金事業(yè)?！眲⒅玖x自1979年踏入湘潭大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)那一刻起，便一心撲在“如何能讓這種人造金屬更為堅(jiān)固耐用”的方法探究之上，數(shù)十年如一日地堅(jiān)守在實(shí)驗(yàn)室中。“做科研需要專注，一定要守得住寂寞。”這是他在業(yè)內(nèi)砥礪前行數(shù)十年的基本信仰。

書(shū)生意氣?揮斥方遒

“要德智體全面發(fā)展，夯實(shí)專業(yè)知識(shí)，鍛煉強(qiáng)健體魄，堅(jiān)定、健康地為黨工作50年。”大學(xué)時(shí)，系黨支部書(shū)記的一句振奮呼吁，讓劉志義印象深刻。談起對(duì)于材料科學(xué)與工程專業(yè)的選擇，他回憶是源自一本在高中圖書(shū)室偶然翻開(kāi)的中學(xué)生科普讀物，字里行間展現(xiàn)“材料”的發(fā)展前景，并預(yù)判一些新興材料在未來(lái)一定會(huì)被大規(guī)模地應(yīng)用于日常生活中。懷揣一顆報(bào)國(guó)利民的拳拳之心，劉志義毅然踏入此領(lǐng)域，一扎根就是幾十年。

本科畢業(yè)后，劉志義順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，進(jìn)入湖南漣源鋼鐵廠技術(shù)監(jiān)督處成為一名技術(shù)監(jiān)督員。在生產(chǎn)一線，他看到許多良莠不齊的金屬建材，“知其然，還要知其所以然，產(chǎn)品質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)是一回事，是什么原因?qū)е庐a(chǎn)品不合格又是另外一回事，我發(fā)現(xiàn)其中的很多問(wèn)題我都不能用已學(xué)的知識(shí)來(lái)解釋。”一種“紙上得來(lái)終覺(jué)淺”的挫敗感催生了心底的求知欲，他隨即下決心一定要考入哈爾濱工業(yè)大學(xué)——這所在工業(yè)界聲名遠(yuǎn)播的學(xué)府——繼續(xù)深造。

跨越山海、由南向北的這段求學(xué)之路，劉志義走得并不順暢。起初，因?yàn)閯⒅玖x報(bào)考的金屬材料熱處理專業(yè)與其之前所學(xué)稍有差別，導(dǎo)致他在專業(yè)科目的考試中發(fā)揮得并不十分理想。不過(guò)幸運(yùn)的是，他的一線工作經(jīng)歷引起了導(dǎo)師的注意與青睞，“導(dǎo)師覺(jué)得我在生產(chǎn)一線工作了4年，對(duì)實(shí)際問(wèn)題的處理和把握應(yīng)該會(huì)比較成熟”。正是憑借著這樣的信任，他在入學(xué)不久就獲得了參與重大科研課題的機(jī)會(huì)。隨后在一個(gè)原航天部牽頭的重要課題中，他再次被帶隊(duì)導(dǎo)師委以重任，同時(shí)給予了他極高的學(xué)術(shù)自由度。雖然完成任務(wù)的過(guò)程中有諸多困難，但這讓劉志義第一次切實(shí)感受到了獨(dú)立科研的成就感。他確信，這將會(huì)是他為之奮斗一生的事業(yè)?！澳敲词紫纫龅模褪抢^續(xù)充實(shí)自己?！?/p>

1990—1994年對(duì)于劉志義而言，是科研生涯中濃墨重彩的一段旅程。本科階段打好“地基”、碩士階段攻關(guān)熱處理方向之后，博士期間，劉志義有意識(shí)地拓寬自身的知識(shí)面，選擇了金屬變形加工類專業(yè)進(jìn)行深研。在閱讀文獻(xiàn)時(shí)注意到集成電路會(huì)因電流過(guò)大而被破壞的機(jī)制之后，他突然意識(shí)到：原來(lái)電流可以推動(dòng)原子遷移及擴(kuò)散。很快，這種想法就被他“遷移”到了金屬變形加工的過(guò)程之中。在金屬變形環(huán)節(jié)，他創(chuàng)新性地提出引入電脈沖的外場(chǎng)作用，以增加原子擴(kuò)散和位錯(cuò)滑移的速率，提高超塑成形效率。這是國(guó)內(nèi)首次有人嘗試將電脈沖等技術(shù)與金屬超塑變形相結(jié)合，為行業(yè)提供了全新的路徑與可能。憑借這一革命性的科學(xué)成果，劉志義在博士畢業(yè)時(shí)便在《科學(xué)通報(bào)》上發(fā)表了2篇學(xué)術(shù)文章，相關(guān)成果收獲了高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，這對(duì)于一位尚在“象牙塔”中的學(xué)生而言，無(wú)疑是一種殊榮。面對(duì)成就，劉志義卻說(shuō)：“拋磚引玉而已，未來(lái)還希望大家共同努力，助力行業(yè)蓬勃發(fā)展?！?/p>

立足實(shí)踐?壯心未已

從博士后一路晉升至教授，劉志義先后輾轉(zhuǎn)于西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與石油大學(xué)（華東）機(jī)械學(xué)院，這段寶貴時(shí)光為劉志義帶來(lái)了在金屬“四大學(xué)科”研究上的全面發(fā)展。鑄造與焊接方面的知識(shí)補(bǔ)充使得他在考慮科研問(wèn)題時(shí)變得更加全面與細(xì)致：不僅可以兼顧成果轉(zhuǎn)化階段與一線生產(chǎn)人員的溝通問(wèn)題，還能熟練地調(diào)控產(chǎn)品的工藝性能，這對(duì)于他科研工作的進(jìn)行無(wú)異于錦上添花。

就在事業(yè)發(fā)展得如火如荼之際，劉志義卻因健康問(wèn)題悄然離開(kāi)石油大學(xué)（華東），回到家鄉(xiāng)湖南，在中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院出任教授。依托中南大學(xué)的平臺(tái)，劉志義遵循著鋁合金的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，首先聚焦在我國(guó)的航空事業(yè)之上。在航空領(lǐng)域內(nèi)，鋁合金的抗疲勞損傷問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。不僅美國(guó)波音公司與Alco鋁業(yè)公司合作，在2020年以前將飛機(jī)的壽命提高了20%、重量降低20%；我國(guó)也對(duì)大飛機(jī)的飛行壽命要求提高至9萬(wàn)飛行小時(shí)和9萬(wàn)起落架次，且在“十一五”“十二五”“973”等計(jì)劃中都將鋁合金耐損傷列為重要研究?jī)?nèi)容。

針對(duì)此種發(fā)展動(dòng)向，劉志義率先帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)承接了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“Al-Cu-Mg合金抗疲勞的溶質(zhì)原子團(tuán)簇尺寸效應(yīng)機(jī)理”，并在項(xiàng)目中采用三維原子探針、高分辨透射電鏡、透射電鏡、DSC等現(xiàn)代分析方法，旨在探究溶質(zhì)原子團(tuán)簇尺寸對(duì)模量強(qiáng)化效應(yīng)的影響、原子團(tuán)簇與位錯(cuò)交互作用、原子團(tuán)簇尺寸對(duì)駐留滑移帶的形成、裂紋萌生及短裂紋擴(kuò)展的影響機(jī)理等問(wèn)題，開(kāi)展疲勞裂紋尖端溶質(zhì)原子團(tuán)簇溶解熱力學(xué)及團(tuán)簇尺寸對(duì)原子團(tuán)簇溶解動(dòng)力學(xué)的影響機(jī)理分析，以揭示溶質(zhì)原子團(tuán)簇尺寸對(duì)Al-Cu-Mg合金疲勞性能的影響機(jī)制，由此獲得Al-Cu-Mg合金的新型耐疲勞損傷微結(jié)構(gòu)及其控制方法，發(fā)展鋁合金耐疲勞損傷的新型熱處理技術(shù)原型和新的熱處理狀態(tài)，最終提升我國(guó)鋁合金產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平及航空制造技術(shù)水平。目前，劉志義及團(tuán)隊(duì)在相關(guān)領(lǐng)域已成功獲得10項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)。

此外，鋁合金的耐熱問(wèn)題也是劉志義重點(diǎn)攻克的目標(biāo)之一。他不僅先后發(fā)明了新一代耐熱鋁合金“2A43”與新型耐熱鑄造鋁合金“212Z.1”，還突破了20噸大鑄錠工程化制備和鍛件板材的加工，并開(kāi)發(fā)出了工業(yè)化航天飛行器的艙段鑄件。更值得一提的是，這些工業(yè)化鍛件和板材已經(jīng)在航天飛行器上獲得應(yīng)用，迄今已連續(xù)穩(wěn)定地供貨4年有余，且此成果斬獲了中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)創(chuàng)新獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

由于鋁合金材料具有很強(qiáng)的普適性，劉志義團(tuán)隊(duì)近年來(lái)進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。在電弧3D打印方面，他們發(fā)明了相應(yīng)的耐熱鋁合金及其絲材制備技術(shù)，突破了工程化加工制備和電弧3D打?。欢谑豌@探領(lǐng)域，他們則開(kāi)發(fā)了一種制備油井管的高耐腐蝕型耐熱鋁合金，目前這一成果已經(jīng)取得井下試驗(yàn)的成功?！敖刂聊壳?，我的相關(guān)技術(shù)成果基本都已完成產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，且經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)。未來(lái)我唯一的心愿就是將我和團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出的新型航空鋁合金材料進(jìn)行大力推廣?！?/p>

據(jù)劉志義介紹，在大飛機(jī)制造的八大系統(tǒng)中，只有機(jī)尾一個(gè)部分目前可以完全由我國(guó)獨(dú)立制造，其余還需在一定程度上依賴進(jìn)口技術(shù)或材料。年近耳順，劉志義不忘初心，在科研之路上，他仍志在千里?！靶屡d技術(shù)已經(jīng)在與企業(yè)接觸洽談合作?！彼嘎兜?，“未來(lái)我國(guó)的航空與材料行業(yè)，一定會(huì)扶搖直上，鵬程萬(wàn)里?！彼麍?jiān)定道。

（責(zé)編：關(guān)弋）