材料科學家潛心"煉"鎂 記交大教授、工程院院士丁文江

2021-01-14 東方網

  人物簡介

  丁文江

  1953年出生,上海交通大學材料科學與工程學院教授,中國工程院院士。現任輕合金精密成型國家工程研究中心主任、中國鎂業協會副會長、中國材料研究會常務理事,長期從事先進鎂合金及加工方面研究,對中國乃至世界鎂合金研究的發展作出了重大貢獻。

  從種田到讀研,從工廠一線到院士殿堂,從鑄造裝備專業「學徒」到高性能鎂合金締造者……今天當選2015年度「上海市科技功臣」的丁文江用幾十年的人生路,實踐著一位材料科學家自我精誠的「材料精神」——「料要成才,材要成器,器要好用」。

  努力扶起「中國鎂」

  中國缺油少氣,卻是十分難得的鎂大國——無論儲量還是產量,均佔全球的90%以上。鎂在實用金屬結構材料中,比重最小(密度為鋁的2/3,鋼的1/4)。這一特性,讓它在全球範圍內颳起了強勁的「輕旋風」——電子產品越來越輕巧,飛機汽車輪船越來越先進。不過,中國「鎂」一直不大好用。

  「材料就是有用的物質,有用是材料研究的靈魂。」身在高校搞科研的丁文江,能跳出書本、論文,從企業生產看科研。上世紀80年代一次訪問日本企業時,他看到鎂合金作為最輕的、資源豐富的結構材料大有用武之地,就在國內率先倡導並從事鎂合金研究。1987年底回國,他參與了上海大眾桑塔納轎車鎂合金變速箱的國產化,努力扶起「中國鎂」。

  易燃燒、易腐蝕、強度低,丁文江心裡清楚,我國鎂合金技術和產品正是受困於鎂的三大「劣根性」。中國鎂合金技術想要「挑大梁」,必須讓「易燃」的鎂不再易燃,「軟質」的鎂不再軟質,「不穩定」的鎂合金不再「活躍」。

  譜寫「煉」鎂三部曲

  常規鎂合金的燃點僅520℃,遠低於合金熔點,導致其易燃而生產困難。丁文江帶領科研團隊在國際上較早地開展阻燃鎂合金的研究,讓鎂合金燃點提高至935℃以上。燃點大大提升,大氣中無保護的鎂合金熔煉與生產成為可能,還顯著降低熔煉和生產過程中對環境的汙染。目前,該技術已應用於電子產品外殼和汽車變速箱等產品批量生產。

  常規鎂合金比較軟,承力比較差,在汽車車輪轂、缸體、發動機支架等最需要輕合金的地方,難堪重任。經過反覆試驗,丁文江找到兩個「好幫手」:採用稀土與鋅固溶時效強化和鋯細化的方法,創造出一系列新型高強度的鎂合金材料。他們不僅在汽車中堅強耐用,更推廣應用於多種航空航天等領域的關鍵承力件。

  最終,就連鎂活性大、易反應、產生大量氧化渣的這一世界性難題,也在幾十年不斷研發、探索和發明中,被丁文江團隊「一網打盡」了。隨著中國「鎂」的層層修煉,從手機外殼到飛機框架,再到實現裝備大幅度減重,中國的鎂技術及製品越來越「高大上」。美國通用汽車37套模芯組成的全鎂V6發動機缸體、日立公司實現減重30%的耐熱鎂合金活塞、波音公司的民機座椅骨架高強鎂型材……丁文江團隊的研究,讓許多響噹噹的國際巨頭,心甘情願來到鎂大國,求助於中國「鎂」。

  研發醫用「鎂」支架

  「寓精於料,料要成材,材要成器,器要好用」。位於交大閔行校區丁文江院士團隊的辦公樓裡,這句「材料箴言」凝練著丁文江幾十年的學術理念。在他眼裡,材料研究如果不是瞄準應用,就不能算是在研究材料。

  一次和醫生的閒聊中,丁文江注意到,許多骨折病人或是心臟病患者,肌體康復後,健康卻埋下了一種說不出的「痛」——金屬支架留在體內難以降解,許多人不得不忍受二次痛苦手術取出。而鎂可降解,還是人體所需的有益元素,能不能讓鎂合金替代傳統的醫用金屬支架呢?

  他帶領團隊基於「生物安全性、力學相容性、降解可控性」的原則,著手研發新一代可控降解的醫用鎂合金,終於開發出具有國際先進水平的骨內植物器械和心血管原型,均在動物體內實驗獲得成功,解決了過去醫用金屬不可降解的煩惱。目前,相關產品正申請人體臨床試驗,列為候選的國家認可鎂基生物材料,有望引發該領域醫療器件的升級換代。

  在鎂基能源材料領域,丁文江院士團隊發明了氫化鎂水解燃料電池等,大大升級了人們愛玩的無人機,使無人機的飛行時間從一次只能半小時,提升至4到6小時,一口氣可以飛行300公裡。本報記者馬亞寧

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