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沈阳网  沈阳晚报   
上一篇  下一篇 A03 2020年08月28日 星期五
  
马宗义
让“沙子”成为 金属强大的增强相


马宗义(右)到企业指导金属基复合材料结构部件加工。

    马宗义,中国科学院金属研究所二级研究员、材料制备与加工研究部主任,2018中国科学年度新闻人物。他在金属基复合材料与搅拌摩擦焊领域解决了一个个“卡脖子”难题,科研成果广泛应用于航天、核电、交通等领域,已为20余个国家重大工程型号提供了百余种规格的复合材料产品以及焊接技术服务。近日,马宗义化身一名老师,用一个个鲜活生动的案例说明,带领记者一起走进他为之奋斗30余年的金属基复合材料的世界。

    抢占战略性新材料制高点

    金属基复合材料虽然是小众材料,但却是事关国民经济建设和国家安全的关键战略材料。我国在这个领域起步于上世纪80年代,起步晚、基础弱,马宗义走的是一条充满艰难险阻之路。

    “自然界中,竹子是最典型的复合材料,竹纤维就是其增强相。”马宗义告诉记者,增强相就是复合材料中能明显提高基体材料某一性能的组元物质。他从竹子、草坯砖、钢筋混凝土、双金属暖气片等常见物品讲起,一下子就让记者对复合材料有了直观的认识。马宗义的讲解逐渐深入:“我们所说的金属基复合材料,是在铝、镁、钛等金属中加入各种增强相,包括碳化硅、三氧化二铝、碳化硼等,现在研究的热门方向是以碳纳米管、石墨烯为增强相。复合之后,材料具有强度高、刚度好、热膨胀系数低、耐磨、耐疲劳、热传导好等特点。比如铝基复合材料,可以达到和铝一样轻,和钛一样强,热膨胀系数和钢材相近,总体性能明显优于铝材。”

    结构部件轻量化、高可靠性是国民经济建设和国家安全诸多领域的一致需求,金属基复合材料可谓是应“需”而生,被定位为战略性新材料。作为开拓者之一,马宗义带领团队往返于实验室和生产一线,摸爬滚打不知多少个日夜,一路闯关,开发出短流程、低成本粉末冶金规模化制备工艺,攻克了大尺寸与高陶瓷含量复合材料坯锭组织与缺陷控制难题,制备出3.4吨的铝基复合材料坯锭,使大尺寸光学平台一体化制造从梦想成为现实。相关产品已在我国风云系列等十余个卫星型号的光机主结构中应用。

    为国家需求坚守更有意义 

    马宗义常说,科研非一朝一夕之功,科研人员需要“板凳坐得十年冷”的坚韧不拔,才能真正有所得,对国家有所贡献。他很庆幸,自己能够在喜欢的科研方向坚持了下来,并为金属基复合材料的发展贡献了绵薄之力。

    坯锭制备和成形加工是金属基复合材料的两大关键核心技术难点,每一点滴进步都建立在无数次失败的基础上,马宗义至今记忆犹新。他告诉记者,从无到有,制备出几十克的小坯锭,就用去了五六年时间,然后又受困于大尺寸坯锭制备,直至2010年,才制备出吨级坯锭。“有时候很可能是一个理解不到位,就会废掉一炉材料,在经济和时间上损失惨重。”马宗义表示,材料塑性加工工艺研究同样经历了一次又一次的失败。金属基复合材料相当于在金属中添加了大量的沙子,使得新材料变形能力特别差,严重影响其工业应用。马宗义每天思考的都是材料变形加工三要素:变形温度、变形量和变形速率,早期研究完全是摸着石头过河,靠一次又一次的实验累积。为了给轧机的轧辊加热,他们用上了喷灯;为了不让复合材料的温度下降,他们用保温棉包裹,一次次奔跑到轧机前。

    马宗义表示,在国家需求面前,科研人员要做和应做的就是想尽一切办法完成任务。他在国内率先突破了铝基复合材料可控塑性成形加工瓶颈,建立了基于模拟仿真的变形加工组织与缺陷调控技术,多个产品为国内首创,并在天问、天宫等多个型号上实现应用。

    

    甘做行业进步的幕后推手

    

    我国金属基复合材料行业发展的点点滴滴,都储存在马宗义的脑子里。他在不断追求科技创新的同时,也在为行业进步做着力所能及的努力。

    马宗义作为中国材料大会等多个全国性学术会议金属基复合材料分论坛主席之一,近年来参与组织了多个金属基复合材料专题交流活动。他还于2016年倡导发起了第一届全国搅拌摩擦焊接与加工学术会议,并将其打造成两年一届、科研单位和企业轮流举办的系列会议。

    “科研院所、企业以及上下游用户因需求导向汇聚一堂,也许他人的一个报告、想法,可以起到开拓思路、指引方向的作用。”马宗义认为,科研不能和工业应用脱节,眼下企业的科研力量也很强,搭建更多相互交流促进的平台就更关键了。“学术交流活动可以解决为什么做研究和为谁做研究的问题。我个人牺牲点时间和精力不算什么,能够为先进复合材料和搅拌摩擦焊技术的推广应用做点事才是重要的。”马宗义说。

    沈阳日报、沈报全媒体记者 岳雨

    (图片由中国科学院金属研究所提供)

 
 
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