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“铁匠”王浩伟:30年打造国产超级合金,只为国家“不受气”


来源:科技日报

由于材料加工专业的学科背景,王浩伟的皮肤要比普通人黑上几度。

他的身材有些瘦小,拖着眼袋,但说起话来气势十足。

王浩伟是上海交大材料科学与工程学院教授。

他说,在读大学时他就有一个中国梦:“能用具有自主知识产权的新材料做出国家自己的大飞机。”

就是眼前这个人,像个铁匠一样在高温炉旁默默蹲守了30年,研发出了一种国产超级合金材料。

抱着这样的信念,王浩伟坚持潜心研究近30年,终于研制了纳米陶瓷铝合金材料。

相比铸铁件,这种材料打造的零件可以做到减重60%左右。最重要的是,它的比强度和比刚度甚至超过了钛合金。

这种陶铝合金材料已经应用于天宫一号、天宫二号、量子卫星等国家重大项目。

此外,材料在C919大飞机支撑梁上的应用取得了可喜成果,材料强度和抗疲劳性能可以与在用的钛合金性能相媲美,但叶片重量大幅降低。

除了下一代航空材料,汽车、航天等工业化应用也开始全面铺开。

据称,纳米陶瓷铝合金有望成为下一代汽车轻量化关键材料、下一代汽车机床主干材料。

目前,具有年产千吨级中试及生产基地已落户安徽淮北,从难以置信到产业化应用,王浩伟团队像一把尖刀,硬生生为纳米陶瓷铝合金材料开辟出了一条大道,将助推“材料轻量化革命”。

图为王浩伟团队合照。

科研攻关,甜蜜的痛苦

1999年,王浩伟从德国交流后回到上海交大,当时的他还没有自己的实验室和团队,只能靠着学校支持的1万元,白手起家,着手研制纳米陶瓷铝合金材料。

项目初期,由于经费有限,王浩伟曾用蛇皮袋装了二十多斤的实验材料,坐火车到西北工业大学进行实验。

但真正的困难远不止长途跋涉、起早贪黑,而是对方对材料性能指标一次又一次的极限挑战。

合作过程中,在产品性能几乎达到极致的情况下,对方依然数次提高验收标准。

“走投无路”之下,王浩伟团队只能硬着头皮干,每个人都炼成了“拼命三郎”。

纳米陶瓷铝合金要在上千度的高温炉里合成,做实验时,王浩伟团队有些成员经常光着膀子干活,别人看了都觉得十分诧异,开玩笑说:“你们哪里有教授的样子?”

由于做的都是脏活累活,受伤也成了家常便饭。这么多年来,团队成员每个人都伤痕累累。

项目攻关期间,翻砂、浇铸、样品腐蚀试验统统得亲自上手。

有一次,王浩伟不慎将氢氟酸洒在了手上,导致严重灼伤。

团队的马乃恒教授也曾背部受伤,足足趴着睡了一个月。

王浩伟喜欢挑战,喜欢尝试,脑子里一旦蹦出新想法,必定第一时间去验证。

团队成员马乃恒回忆说,在项目攻关期间,深夜接到王浩伟的电话也是常事。

图为分别用陶铝新材料和铸铁制造的汽车转向节。

“既然外加陶瓷的路走不通,我们就逆向思维——‘无中生有’,让陶瓷自己从铝里‘长’出来。”在研究过无数复合材料的制备方法后,王浩伟团队选择采用“原位自生技术”。

通过控制化学反应的进程,让铝合金中长出陶瓷增强体,陶瓷颗粒的尺寸由外加法的几十微米降低到纳米级,突破了外加陶瓷铝基复合材料塑性低、加工难等应用瓶颈。

整整两年时间,团队窝在简陋的实验室里,不断挑战自我,最终材料性能远远超出了项目要求。

第一次材料应用现场实验,看到团队攻坚克难、废寝忘食研发的纳米陶瓷铝合金材料,王浩伟心中五味杂陈,劳累和百感交集一下子爆发出来,突发心脏病晕倒,幸亏抢救及时才得以幸存。这一幕马乃恒至今依然历历在目。

王浩伟说,他经常提到爱国情怀和使命感,并不是矫情。

“你们没有经历过那个国家处处受气的年代,无法感受我们想要解决国家重大需求的急切心理。”王浩伟目光坚定,一字一句地说:“解决国家难题的满足感和自豪感,是拿钱也买不来的!”

如今回想起来,王浩伟觉得,这些困难都算不了什么,和重大项目攻关成功后的喜悦相比,反而是一种甜蜜的痛苦。“做科研除了压力大一点,哪有什么苦恼,做成了就很开心。”

“五代传承”,高标准始终如一

纳米陶瓷铝合金从无到有,王浩伟教授描述得就像 “玩水玩沙子”那么轻松,但实际上这种材料从研发到应用历经30多年,它背后凝结着上海交大老、中、青五代“材料人”的心血和努力。

提起自己的两位领路人吴人洁和周尧和,王浩伟亲切地称他们为“两位老爷子”。

吴人洁教授,我国复合材料的创始人之一、上海交大金属基复合材料国家重点实验室创建者,“原位自生技术”最早就是由他提出的。

周尧和院士是王浩伟研究生阶段的导师,在铸造界享有盛誉,并在上海交大开辟了“生态材料学”这一全新研究领域。

从复合材料理论到实际铸造,王浩伟集两家所长,用化学的方法搞材料,成功将“原位自生技术”从理论变成了现实。

如今,吴人洁老先生已经逝去,但王浩伟不负老先生期望,终于实现纳米陶瓷铝合金材料工业化应用。

图为周尧和院士和王浩伟教授讨论科研问题。

交叉的学科环境下,王浩伟不但拓宽了研究思路,同时也继承了他们包容严谨、甘于奉献的精神。

王浩伟回忆说,两位“老爷子”性格截然相反。吴人洁开放包容,周尧和则十分严格,甚至有些不近人情。

如今,王浩伟团队成员上有周尧和院士,下有“八零后”“九零后”,传承了足足五代交大材料人。

夏存娟,材料学院特种材料研究所党支部书记、助理研究员,曾经是王浩伟的学生,现在是团队的一员。

十多年来,在夏存娟印象中,从最初本科课堂的风趣幽默、如沐春风,到读博士时的严厉、高标准,王浩伟对她的要求越来越高。 

硕士期间,夏存娟向王浩伟汇报硕士课题时,王浩伟曾严厉批评她:“你这哪是研究生的工作,就是几个本科课题的堆砌!”只要是涉及专业问题,王浩伟总是毫不留情,为此,夏存娟还哭了鼻子。

正是王浩伟不断提出高要求,如今夏存娟也能独当一面,独立从事科研工作,并且能够系统地协调自己的课题方向。

夏存娟开玩笑说,在王浩伟的团队里有种“打怪升级”的感觉。

“坚持走创新驱动的发展道路,是加快建设制造强国的重要方针,高校作为科技创新的重要基地,是推动创新驱动不可或缺的重要力量,在重大原始创新、共性技术突破、产学研协同创新以及推动成果转化等方面,承担着不可替代的职责与使命。” 上海交大校长、中国工程院院士林忠钦表示。

王浩伟团队坚持30年,不为名利,无畏艰险,始终只做一件事:为了做出中国人真正原创的超级材料!

如今,他们做成了!

注:文中图片由作者提供

编辑:左常睿

审核:管晶晶

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