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“寓精于料，料要成材，材要成器，器要好用。”這是中國(guó)工程院院士丁文江的16字“材料箴言”。
美國(guó)通用汽車37套模芯組成的全鎂V6發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、日立公司實(shí)現(xiàn)減重30%的耐熱鎂合金活塞、波音公司的民機(jī)座椅骨架高強(qiáng)鎂型材……能夠讓這些國(guó)際巨頭求助于中國(guó)“鎂”，丁文江院士團(tuán)隊(duì)厥功至偉。
拓展鎂材料的應(yīng)用領(lǐng)域
走進(jìn)丁文江位于上海交通大學(xué)的辦公室，書架上小玻璃瓶里儲(chǔ)存的銀灰色“小藥片”非常吸引人的目光，上面標(biāo)著“循環(huán)儲(chǔ)氫鎂合金”。他打趣地說，這里裝的都是滿滿的“能量”：“一個(gè)鎂原子可以帶兩個(gè)氫原子，把氫儲(chǔ)藏在這個(gè)固態(tài)里面，到一定的條件讓它釋放。燃料電池，就是氫能源。”
功能性鎂合金，是丁文江幾十年來研究的核心。他說，自己在上世紀(jì)80年代走入這一領(lǐng)域，是一次偶然：“那時(shí)候桑塔納轎車引進(jìn)，有兩個(gè)部件是鎂的，這是好材料啊，那么輕，特性又那么豐富，就進(jìn)入了鎂的領(lǐng)域。”歷經(jīng)五六年的跟蹤研究后，丁文江意識(shí)到，有能力開始研究中國(guó)自己的鎂合金了：“用中國(guó)的優(yōu)勢(shì)的資源：稀土，把稀土跟鎂進(jìn)行結(jié)合。”經(jīng)過不斷嘗試探索，丁文江利用稀土和鎂氧化物共電解的方法，讓稀土和鎂成功結(jié)合到一起，創(chuàng)制出國(guó)際最高水平的高強(qiáng)耐熱重稀土鎂合金。新材料的強(qiáng)度和韌性大幅增加，由此，率先實(shí)現(xiàn)了鎂合金從非承力結(jié)構(gòu)件到主承力結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的顛覆性跨越，比如，可以用來制造直升機(jī)機(jī)匣和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。如今，中國(guó)鎂合金材料已經(jīng)在航空航天、國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域大放異彩。
這就是丁文江的風(fēng)格，對(duì)于成果，他看重的不僅是論文，更是實(shí)實(shí)在在的應(yīng)用。他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在有300多人，是世界鎂合金研究最有影響力的團(tuán)隊(duì)之一，近10年來，累計(jì)輸出40多項(xiàng)技術(shù)，直接孵化出8家高新技術(shù)企業(yè)。采訪中，他反復(fù)提到:“有用是材料研究的靈魂。我們要做有效的科研，我們團(tuán)隊(duì)做了很多的研究工作，都是緊緊地扣著需求和問題。所有的科研工作，只要聚焦于發(fā)展先進(jìn)生產(chǎn)力，就是在為我們中華民族的偉大復(fù)興做自己的努力。”
丁文江團(tuán)隊(duì)基于“生物安全性、力學(xué)相容性、降解可控性”的原則，研發(fā)出新一代可控降解的醫(yī)用鎂合金，作為具有國(guó)際先進(jìn)水平的骨內(nèi)植物器械和心血管原型，均在動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲得成功，解決了過去醫(yī)用金屬不可降解的煩惱。“到目前為止，所有的心臟支架裝在里面就永遠(yuǎn)在里面。但是我們現(xiàn)在開創(chuàng)，心臟支架做成鎂的，裝進(jìn)去以后，會(huì)慢慢地自動(dòng)降解，直到消失。人體都是缺鎂的，降解的同時(shí)還給人體補(bǔ)鎂。”丁文江院士在介紹他最新研究項(xiàng)目時(shí)說。據(jù)悉，該鎂基生物醫(yī)用材料有望引發(fā)該領(lǐng)域醫(yī)療器件的升級(jí)換代。
在鎂基能源材料領(lǐng)域，丁文江團(tuán)隊(duì)發(fā)明了氫化鎂水解燃料電池等，使無人機(jī)的飛行時(shí)間從一次只能半小時(shí)，提升至4到6小時(shí)，可以連續(xù)飛行300公里。
攻克鎂的世界性難題
鎂的三大“劣根性”：易燃燒、強(qiáng)度低、易腐蝕，過去嚴(yán)重制約了我國(guó)鎂合金技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展。
丁文江團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上較早地開展阻燃鎂合金的研究，讓鎂合金燃點(diǎn)從520℃大幅提高至935℃以上。燃點(diǎn)大大提升，使大氣中無保護(hù)的鎂合金熔煉與生產(chǎn)成為可能，目前，該技術(shù)已應(yīng)用于電子產(chǎn)品外殼和汽車變速箱等產(chǎn)品，并批量生產(chǎn)。
常規(guī)鎂合金較軟，承力比較差。丁文江提出，將中國(guó)的優(yōu)勢(shì)資源稀土與鎂相結(jié)合來研制具有中國(guó)特色的高性能鎂合金，采用Gd、Y等重稀土元素進(jìn)行合金化并結(jié)合固溶強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等手段，發(fā)明了室溫和250℃下抗拉強(qiáng)度都較高的高強(qiáng)度變形鎂合金(JDM2)，成為目前世界上工業(yè)應(yīng)用強(qiáng)度最高的鎂合金，已成功應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域的關(guān)鍵承力件。
鎂活性大、易反應(yīng)、產(chǎn)生大量氧化渣的這一世界性難題，在丁文江團(tuán)隊(duì)幾十年不斷的研發(fā)和探索中被攻克了！丁文江團(tuán)隊(duì)發(fā)明了大尺寸方孔多級(jí)電磁凈化方法、多級(jí)多介質(zhì)連續(xù)深度凈化方法等新的凈化方法與裝備，解決了一系列的世界性難題，為高品質(zhì)輕合金制品批量生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的材料保障。