作者:马亚宁 来源:新民晚报 发布时间:2016/4/19 14:35:10
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科技功臣丁文江:材料科学家潜心“炼”镁

 

上海启动建设具有全球影响力的科技创新中心近一年,重大原创性科技进步硕果累累。2015年度上海市科学技术奖榜单今天出炉,按照《上海市科学技术奖励规定》,经过专家初评、复核,共有313项(人)获得2015年度上海市科学技术奖。其中,两年一度的科技功臣奖,授予金亚秋院士、丁文江院士。
 
 
图说:丁文江。(资料图)
 
人物简介:丁文江
 
1953年出生,上海交通大学材料科学与工程学院教授,中国工程院院士。现任轻合金精密成型国家工程研究中心主任、中国镁业协会副会长、中国材料研究会常务理事,长期从事先进镁合金及加工方面研究,对中国乃至世界镁合金研究的发展作出了重大贡献。
 
【新民晚报·新民网】从种田到读研,从工厂一线到院士殿堂,从铸造装备专业“学徒”到高性能镁合金缔造者……今天当选2015年度“上海市科技功臣”的丁文江用几十年的人生路,实践着一位材料科学家自我精诚的“材料精神”——“料要成才,材要成器,器要好用”。
 
努力扶起“中国镁”
 
中国缺油少气,却是十分难得的镁大国——无论储量还是产量,均占全球的90%以上。镁在实用金属结构材料中,比重最小(密度为铝的2/3,钢的1/4)。这一特性,让它在全球范围内刮起了强劲的“轻旋风”——电子产品越来越轻巧,飞机汽车轮船越来越先进。不过,中国“镁”一直不大好用。
 
“材料就是有用的物质,有用是材料研究的灵魂。”身在高校搞科研的丁文江,能跳出书本、论文,从企业生产看科研。上世纪80年代一次访问日本企业时,他看到镁合金作为最轻的、资源丰富的结构材料大有用武之地,就在国内率先倡导并从事镁合金研究。1987年底回国,他参与了上海大众桑塔纳轿车镁合金变速箱的国产化,努力扶起“中国镁”。
 
易燃烧、易腐蚀、强度低,丁文江心里清楚,我国镁合金技术和产品正是受困于镁的三大“劣根性”。中国镁合金技术想要“挑大梁”,必须让“易燃”的镁不再易燃,“软质”的镁不再软质,“不稳定”的镁合金不再“活跃”。
 
谱写“炼”镁三部曲
 
常规镁合金的燃点仅520℃,远低于合金熔点,导致其易燃而生产困难。丁文江带领科研团队在国际上较早地开展阻燃镁合金的研究,让镁合金燃点提高至935℃以上。燃点大大提升,大气中无保护的镁合金熔炼与生产成为可能,还显著降低熔炼和生产过程中对环境的污染。目前,该技术已应用于电子产品外壳和汽车变速箱等产品批量生产。
 
常规镁合金比较软,承力比较差,在汽车车轮毂、缸体、发动机支架等最需要轻合金的地方,难堪重任。经过反复试验,丁文江找到两个“好帮手”:采用稀土与锌固溶时效强化和锆细化的方法,创造出一系列新型高强度的镁合金材料。他们不仅在汽车中坚强耐用,更推广应用于多种航空航天等领域的关键承力件。
 
最终,就连镁活性大、易反应、产生大量氧化渣的这一世界性难题,也在几十年不断研发、探索和发明中,被丁文江团队“一网打尽”了。随着中国“镁”的层层修炼,从手机外壳到飞机框架,再到实现装备大幅度减重,中国的镁技术及制品越来越“高大上”。美国通用汽车37套模芯组成的全镁V6发动机缸体、日立公司实现减重30%的耐热镁合金活塞、波音公司的民机座椅骨架高强镁型材……丁文江团队的研究,让许多响当当的国际巨头,心甘情愿来到镁大国,求助于中国“镁”。
 
研发医用“镁”支架
 
“寓精于料,料要成材,材要成器,器要好用”。位于交大闵行校区丁文江院士团队的办公楼里,这句“材料箴言”凝练着丁文江几十年的学术理念。在他眼里,材料研究如果不是瞄准应用,就不能算是在研究材料。
 
一次和医生的闲聊中,丁文江注意到,许多骨折病人或是心脏病患者,肌体康复后,健康却埋下了一种说不出的“痛”——金属支架留在体内难以降解,许多人不得不忍受二次痛苦手术取出。而镁可降解,还是人体所需的有益元素,能不能让镁合金替代传统的医用金属支架呢?
 
他带领团队基于“生物安全性、力学相容性、降解可控性”的原则,着手研发新一代可控降解的医用镁合金,终于开发出具有国际先进水平的骨内植物器械和心血管原型,均在动物体内实验获得成功,解决了过去医用金属不可降解的烦恼。目前,相关产品正申请人体临床试验,列为候选的国家认可镁基生物材料,有望引发该领域医疗器件的升级换代。
 
在镁基能源材料领域,丁文江院士团队发明了氢化镁水解燃料电池等,大大升级了人们爱玩的无人机,使无人机的飞行时间从一次只能半小时,提升至4到6小时,一口气可以飞行300公里。
 

 

 
 
 
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