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丁文江:不断创新 引领中国“镁”走向世界

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    来源:中国有色网    作者:编辑部  2021-07-21 10:29:53
导读

“寓精于料,料要成材,材要成器,器要好用。”这是中国工程院院士丁文江的16字“材料箴言”。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……能够让这些国际巨头求助于中国“镁”,丁文江院士团队厥功至伟。拓展镁材料的应用领域走进丁文江位于

来源:中国有色网  编辑部

“寓精于料,料要成材,材要成器,器要好用。”这是中国工程院院士丁文江的16字“材料箴言”。
美国通用汽车37套模芯组成的全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……能够让这些国际巨头求助于中国“镁”,丁文江院士团队厥功至伟。
拓展镁材料的应用领域
走进丁文江位于上海交通大学的办公室,书架上小玻璃瓶里储存的银灰色“小药片”非常吸引人的目光,上面标着“循环储氢镁合金”。他打趣地说,这里装的都是满满的“能量”:“一个镁原子可以带两个氢原子,把氢储藏在这个固态里面,到一定的条件让它释放。燃料电池,就是氢能源。”
功能性镁合金,是丁文江几十年来研究的核心。他说,自己在上世纪80年代走入这一领域,是一次偶然:“那时候桑塔纳轿车引进,有两个部件是镁的,这是好材料啊,那么轻,特性又那么丰富,就进入了镁的领域。”历经五六年的跟踪研究后,丁文江意识到,有能力开始研究中国自己的镁合金了:“用中国的优势的资源:稀土,把稀土跟镁进行结合。”经过不断尝试探索,丁文江利用稀土和镁氧化物共电解的方法,让稀土和镁成功结合到一起,创制出国际最高水平的高强耐热重稀土镁合金。新材料的强度和韧性大幅增加,由此,率先实现了镁合金从非承力结构件到主承力结构件应用的颠覆性跨越,比如,可以用来制造直升机机匣和汽车发动机。如今,中国镁合金材料已经在航空航天、国防工业领域大放异彩。
这就是丁文江的风格,对于成果,他看重的不仅是论文,更是实实在在的应用。他的团队现在有300多人,是世界镁合金研究最有影响力的团队之一,近10年来,累计输出40多项技术,直接孵化出8家高新技术企业。采访中,他反复提到:“有用是材料研究的灵魂。我们要做有效的科研,我们团队做了很多的研究工作,都是紧紧地扣着需求和问题。所有的科研工作,只要聚焦于发展先进生产力,就是在为我们中华民族的伟大复兴做自己的努力。”
丁文江团队基于“生物安全性、力学相容性、降解可控性”的原则,研发出新一代可控降解的医用镁合金,作为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。“到目前为止,所有的心脏支架装在里面就永远在里面。但是我们现在开创,心脏支架做成镁的,装进去以后,会慢慢地自动降解,直到消失。人体都是缺镁的,降解的同时还给人体补镁。”丁文江院士在介绍他最新研究项目时说。据悉,该镁基生物医用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,丁文江团队发明了氢化镁水解燃料电池等,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,可以连续飞行300公里。
攻克镁的世界性难题
镁的三大“劣根性”:易燃烧、强度低、易腐蚀,过去严重制约了我国镁合金技术和产品的发展。
丁文江团队在国际上较早地开展阻燃镁合金的研究,让镁合金燃点从520℃大幅提高至935℃以上。燃点大大提升,使大气中无保护的镁合金熔炼与生产成为可能,目前,该技术已应用于电子产品外壳和汽车变速箱等产品,并批量生产。
常规镁合金较软,承力比较差。丁文江提出,将中国的优势资源稀土与镁相结合来研制具有中国特色的高性能镁合金,采用Gd、Y等重稀土元素进行合金化并结合固溶强化、时效强化、细晶强化等手段,发明了室温和250℃下抗拉强度都较高的高强度变形镁合金(JDM2),成为目前世界上工业应用强度最高的镁合金,已成功应用于航空航天等领域的关键承力件。
镁活性大、易反应、产生大量氧化渣的这一世界性难题,在丁文江团队几十年不断的研发和探索中被攻克了!丁文江团队发明了大尺寸方孔多级电磁净化方法、多级多介质连续深度净化方法等新的净化方法与装备,解决了一系列的世界性难题,为高品质轻合金制品批量生产提供了坚实的材料保障。

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