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陕西团队突破高性能金属复合材料多项关键技术

时间:2021-07-22 13:05 作者:admin

  西安工业大学李建平教授团队潜心研究三十年,突破高性能多尺度颗粒协同增强铝、镁基复合材料关键技术。

  开栏语:今年是落实“十三五”规划的开局之年,也是深化科技体制改革承前启后、深入推进的重要一年。省委、省政府提出要把创新作为第一发展动力,以实施创新型省份、西安全面创新改革试验区、西安高新区自主创新示范区建设三大国家战略任务为契机,发挥科技创新引领作用,在全国率先建成创新型省份。适值《国家创新驱动发展战略纲要》发布之际,陕西日报特开辟《追赶超越新陕西·创新创业添动力》栏目,宣传陕西省在承担国家创新使命、实施创新驱动战略、激发创新活力的先进经验和优秀做法;宣传全省创业创新活动中的代表人物和典型事迹;宣传培育创业创新生态环境中的好经验和好做法;宣传陕西军民融合的新举措、新成就、新亮点;宣传担任重大科技项目的创新团队和领军人物,为率先建成创新型省份营造良好的舆论氛围。

  西安工业大学李建平教授团队潜心研究三十年,突破高性能多尺度颗粒协同增强铝、镁基复合材料关键技术,解决了复合金属材料中“不可能”解决的难题。

  5月中旬的一个午后,我们在实验室见到了正在忙碌的李建平教授。听他为我们讲述三十多年坐热“冷板凳”的故事。

  “没有金刚钻,别揽瓷器活”。这个谚语强调了材料与工具的重要性。现代科技发展的历程表明,每项新技术的出现和新兴产业的形成都以新材料及其产业的发展为前提。高性能金属复合材料就是其中一种。

  通俗来讲,随着航空航天以及现代装备制造的快速发展,单一的材料已经无法满足其需求。为了得到适应复杂条件、性能优异的金属复合材料,需要添加不同的增强相,从而实现超轻、耐高温、耐磨损、低膨胀、抗疲劳、尺寸稳定等一系列优异性能。由于不同材料的物理化学性能不同,如何既能在新的金属复合材料中发挥增强相的性能,又使其很好与原金属材料熔合,一直是学界的难点。

  上世纪80年代,李建平师从著名航空材料与冶金学专家、中国工程院院士傅恒志教授,从事航空发动机涡轮叶片材料研究。从西北工业大学研究生毕业后,他被分配到西安工业大学(现名)从事坦克、装甲车发动机材料研究。从航空发动机的心脏部件到军用柴油机的心脏部件。李建平笑称是从“天上”掉到“地下”。

  虽然研究的对象变了,但核心的东西依然是相通的。李建平意识到先进材料对发动机的重要性,认为要研制出我国自主的发动机,首先必须解决高性能金属复合材料的问题。

  瞄准这一方向,李建平一干就是三十年。期间,也有国内多个团队涉足这个难题,最终大多都因难以为继而放弃。李建平抱着只要有一线希望就不放弃的信念,终于取得了研究的重大突破。

  李建平把这个突破比喻成,为增强材料做了一件既能保证其性能,又能和被增强的金属材料很好润湿和结合的衣服。

  “有的增强材料是在微米尺寸性能最好,有的是在纳米尺寸性能最好,颗粒越小越不容易和原材料熔合和分散,而且在高温下尺寸容易生长,进而影响复合材料性能。”团队利用复合材料原理,设计、制造了通过外加和内生微米与纳米颗粒相共同强化的新型铝合金和镁合金。同时,根据新型材料的特性,设计了适合服役工况要求的活塞新结构,并开发了成套的活塞制造工艺规范,制成的活塞成品综合性能、加工精度达到国际领先水平。

  此时,在所有人看来,身为高校教师的李建平可谓功成名就:有专利、有论文、有省部级奖励。

  可是,李建平并不满足,他坚定一个信念:要让这一技术从实验室走向产业化,让科技发挥真正的价值。在与发动机研究所和企业不断对接,了解市场需求,完善技术工艺的同时,他也在寻找机会。

  高性能发动机活塞是我国一项“卡脖子”技术。2006年,为了打破发达国家的技术封锁,国家为某项重点装备的发动机研制寻找研发和制造高性能活塞的团队。

  为了获得这个机会,李建平再次拿出了科学研究的韧劲“围追截堵”发动机总设计师,从研究所追到发动机厂,从高寒试验区追到高湿、高热试验场,抓住一切机会介绍他们的技术。一次,李建平好不容易在首都机场“堵到”已经过完安检,将要登机外出的总设计师。这位总设计师被他的执著打动,让他把技术资料从安检口传送过来。

  当时,很多人都对李建平的行为很不理解,认为在这个项目前期研究中,他已经完成了自己的使命,再走下去难度非常大,并且要承担巨大风险。

  然而,李建平对自己的技术充满自信,不愿放弃。正是这次在别人眼中的冒险,使他们并非“985”和“211”高校的团队研制的铝基复合材料活塞通过了所有发动机严酷的台架考核和整车环境考核,从“替补”成为“主力”,从“地方队”成为“国家队”。也正是凭借多年扎实的研究,李建平团队在众多竞争对手中脱颖而出。

  原总装备部一位首长称赞这个项目是“产学研密切结合的典范,是从预研进入重点型号应用的典范”。以才鸿年、傅恒志和张立同院士等著名材料与发动机专家组成的鉴定专家组认为:李建平主持的研究成果在颗粒增强铝基复合材料组成设计与复合技术、高功率活塞结构设计、金属型整体铸造等核心技术上取得重大突破,形成集成创新,具有完全自主知识产权,研究成果达到国际先进水平。

  国庆60周年阅兵和纪念世界反法西斯战争暨中国人民抗战胜利70周年阅兵时,我军地面装甲突击装备动力全部使用这个项目制造的高性能铝基复合材料活塞。

  2016年1月8日,北京,人民大会堂,李建平团队凝聚三十年心血的研究成果“高性能多尺度颗粒协同增强铝、镁基复合材料关键技术与应用”荣获2015年度国家科技进步二等奖。

  这次荣获国家科技进步二等奖让李建平团队的名气更大了,国内许多知名企业纷纷寻求与他合作。在李建平看来,他是在陕西这片土地上做出的成绩,为陕西的发展贡献力量义不容辞。同时,团队的研究成果也在陕西大有用武之地。

  陕西金属镁产量占全国总产量近一半,占全世界产量近四分之一。“我省榆林地区用生产兰炭后的高温尾气(CO)生产金属镁,不仅实现了废气回收,极大地节省了燃料成本,还建立起了煤—兰炭—电—硅铁—镁—镁渣水泥的产业链。陕西首创的镁生产循环经济产业链和很好的军民装备制造业基础,使镁业在陕西具有得天独厚的发展优势。”李建平说。

  然而,陕西涉镁企业的主要产品是普通镁锭,具有高附加值的镁合金产品却很少。产业发展亟待转型升级。

  李建平介绍,“十三五”至未来相当一段时期内,他的团队将联合陕西相关企业致力于高品质镁合金及深加工产业链发展,争取为推动陕西镁铝金属业转型升级发挥作用,使它成为一张能代表陕西科技实力的名片。(记者 张梅)返回搜狐,查看更多

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