吳國(guó)華教授

原標(biāo)題：上海交通大學(xué)吳國(guó)華教授團(tuán)隊(duì)十年磨礪，高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金再立新功

一代材料，一代裝備。以材料為先，實(shí)現(xiàn)重大裝備的提升，是新型重大裝備研發(fā)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。“高原之王”新一代直升機(jī)采用新一代高性能鎂稀土合金材料，突破性地實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵部件的輕量化，為新型鎂合金材料首次在重大裝備項(xiàng)目上實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用跨出了關(guān)鍵一步，上海交通大學(xué)輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心的吳國(guó)華教授科研團(tuán)隊(duì)，在中心主任丁文江院士的領(lǐng)導(dǎo)下，為項(xiàng)目的順利實(shí)施作出了重大貢獻(xiàn)。

自2010年以來，我國(guó)航空航天與國(guó)防工業(yè)制定了明確的輕量化目標(biāo)，減重已成為我國(guó)航天航空、國(guó)防工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要且緊迫任務(wù)。航空航天裝備減重已由“斤斤計(jì)較”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;克克計(jì)較”。而鎂合金具有密度小，比強(qiáng)度、比剛度高，阻尼減震性、切削加工性、導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。且由于鎂合金是目前實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，可大幅提升武器裝備戰(zhàn)技指標(biāo)，故受到高度重視。上海交大輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心發(fā)明的高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金進(jìn)入了國(guó)防列裝視野。

交大輕合金中心的吳國(guó)華教授意識(shí)到了鎂在未來應(yīng)用的前景廣闊，全身心投入到新型鎂合金材料的開發(fā)與應(yīng)用研究。2002年，當(dāng)時(shí)新型鎂稀土合金的研究還處于起步階段，鎂稀土合金牌號(hào)稀少，鎂熔體質(zhì)量差，合金性能不穩(wěn)定，嚴(yán)重制約著其實(shí)際工程應(yīng)用。吳國(guó)華發(fā)現(xiàn)了問題的癥結(jié)所在，認(rèn)為鎂熔體純凈化與組織微細(xì)化已成為制約鎂合金進(jìn)一步推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸之一。于是，自2002年起，他開始了高品質(zhì)鎂稀土合金熔體的制備技術(shù)研究，潛心研究鎂合金熔體純凈化與細(xì)化處理關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)鎂合金易氧化燃燒、夾雜難以去除、稀土元素成分因損耗而難以控制的難點(diǎn)，發(fā)明了集熔體保護(hù)、凈化、細(xì)化于一體的鎂稀土合金復(fù)合處理新方法與裝備，大幅度提升了鎂熔體純凈度，并有效降低了稀土燒損率，攻克了深度純凈化及稀土損耗有效控制的關(guān)鍵難題。在細(xì)晶化與凝固組織調(diào)控方面，發(fā)明了鋯復(fù)合細(xì)化劑與細(xì)化方法，開發(fā)了鎂合金在線成分檢測(cè)與凝固組織控制的方法及裝置，有效調(diào)控了鎂合金熔體的預(yù)結(jié)晶組織與結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鑄態(tài)組織微細(xì)化和均質(zhì)化。

針對(duì)現(xiàn)有鎂合金材料強(qiáng)度低、耐熱性差、成型工藝與裝備落后等關(guān)鍵問題，利用開發(fā)的新型高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金材料，并采用系列成套原創(chuàng)性工藝與技術(shù)，突破了鑄件表面質(zhì)量差、尺寸精度低及熱處理變形等應(yīng)用瓶頸，攻克了鎂合金構(gòu)件的精確控形與控性關(guān)鍵難題，首次實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜薄壁高強(qiáng)耐熱鎂合金部件樹脂砂型低壓鑄造，開發(fā)了多種航天航空關(guān)鍵重要部件，減重達(dá)25%以上，保證了國(guó)家重點(diǎn)型號(hào)的順利實(shí)施，大幅度提升了新一代裝備的戰(zhàn)技指標(biāo)。滿足了國(guó)家重大戰(zhàn)略需求。為國(guó)防工業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益。

吳國(guó)華說：“我們開展鎂稀土合金材料研究比較早，從材料開發(fā)-熔體凈化細(xì)化復(fù)合處理-鑄造成型-熱處理工藝開發(fā)一路走來，取得了一系列創(chuàng)造性成果。我們研制成功了抗拉強(qiáng)度大于400兆帕的高強(qiáng)耐熱鑄造鎂合金，已用于二十余種型號(hào)產(chǎn)品的研制與批產(chǎn)，這是國(guó)內(nèi)乃至世界鎂合金領(lǐng)域的重大突破”。數(shù)年來，吳國(guó)華課題組授權(quán)了國(guó)家發(fā)明專利55項(xiàng)，發(fā)表了高水平學(xué)術(shù)論文100余篇。獲得了5項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)。

2014年，吳國(guó)華團(tuán)隊(duì)首次采用高強(qiáng)耐熱新型鎂稀土合金精密砂型低壓鑄造成型工藝，完成了我國(guó)某高超聲速飛行器鎂稀土重要部件的研制與生產(chǎn)任務(wù)，首次采用新一代鎂稀土合金替代鈦合金，成功鑄造了大型復(fù)雜異型薄壁形狀的主承力部件，多次飛行試驗(yàn)均獲巨大成功，使我國(guó)在航空航天領(lǐng)域高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金的應(yīng)用成為首創(chuàng)，為我國(guó)國(guó)防事業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)。談及此，吳國(guó)華滿懷激情，我們也沒想到，新型鎂稀土合金這么強(qiáng)，能大幅提升飛行器飛行指標(biāo)。這種新型鎂稀土合金材料具有高溫力學(xué)性能超強(qiáng)的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)金屬材料隨著溫度升高抗拉強(qiáng)度下降情形相反，新型鎂稀土合金材料在300度下，隨著溫度升高，合金的抗拉強(qiáng)度反而是上升的。該飛行器采用鎂稀土合金部件后，相對(duì)原設(shè)計(jì)，整體減重超過100公斤，這個(gè)減重效果對(duì)于克克計(jì)較的航天領(lǐng)域而言是巨大的。科研成果于2017年獲得了國(guó)防技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，受到用戶的高度評(píng)價(jià)。

而吳國(guó)華團(tuán)隊(duì)研制成功這種新型高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金關(guān)鍵重要部件的背后，卻是充滿了艱難探索。吳國(guó)華說：“歷經(jīng)4年的研發(fā)，多少個(gè)充滿挑戰(zhàn)的日日夜夜，研發(fā)難度很大，工作壓力也很大，自己累病了幾次，真的非常不容易，確實(shí)太難了”。他連說了幾個(gè)太難了，成功的過程是非常痛苦的。”

接受這個(gè)項(xiàng)目的研制任務(wù)，對(duì)于吳國(guó)華來說是一個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)。基于前些年扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究，吳國(guó)華才有底氣接受這個(gè)項(xiàng)目挑戰(zhàn)，2011年始，吳國(guó)華在某研究所及上海交大的支持和配合下，開始了大型復(fù)雜高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金鑄件從無到有的研發(fā)，因沒有成功的先例可借鑒，遇到的困難可想而知。最初連完整的鑄件外形都難以獲得，更談不上滿足苛刻的內(nèi)在質(zhì)量與性能指標(biāo)要求。通過大量的試驗(yàn)與技術(shù)攻關(guān)，攻克了鑄件熱裂、變形、成分偏析、縮孔縮松、組織與性能不均勻等系列難題，歷時(shí)4年，終于按照用戶的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，研制成功了滿足應(yīng)用需求的合格產(chǎn)品。整個(gè)過程太痛苦，用戶方代表天天催進(jìn)度，多次被逼得想打退堂鼓，但在一種強(qiáng)烈使命感的驅(qū)動(dòng)下，咬牙堅(jiān)持著，團(tuán)隊(duì)沒日沒夜地進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，終獲成功。

大型復(fù)雜新型高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金構(gòu)件成功應(yīng)用于我國(guó)航天重大專項(xiàng)中，獲得了用戶的高度評(píng)價(jià)。這個(gè)高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金應(yīng)用成功的范例，極大推動(dòng)了新型鎂合金材料在航天、航空及國(guó)防裝備中的應(yīng)用。

面對(duì)未來，吳國(guó)華教授表示，我國(guó)應(yīng)充分發(fā)揮鎂與稀土資源優(yōu)勢(shì)，加大國(guó)家政策支持力度，立足于產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合，組建航空航天用鎂合金應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，集中力量，聚焦高性能鎂稀土材料及控形控性技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，搞好頂層設(shè)計(jì)，組織骨干隊(duì)伍，加強(qiáng)原始創(chuàng)新，提倡自主設(shè)計(jì)，促進(jìn)自主應(yīng)用，形成中國(guó)特色航空航天用鎂合金材料標(biāo)準(zhǔn)體系，使鎂合金成為中國(guó)輕量化材料的王牌，為我國(guó)航空航天工業(yè)的快速發(fā)展提供強(qiáng)有力的材料技術(shù)支撐，繼而把中國(guó)鎂稀土材料推向世界，將我國(guó)鎂與稀土資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)我國(guó)鎂及稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

本文來自：交大輕合金