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科技攻关二十年我国铝锂合金研究跻身世界先进行列
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科技攻关二十年我国铝锂合金研究跻身世界先进行列 来源：科技日报 | 作者：岳琴nbsp;杨燕群 | 编辑：healu 郑子樵教授，为了生命中不可承受之轻。 易丹青院长说，他是一个很重要的科学家。 我们总在为每次的航天发射而心潮澎湃、欢呼雀跃。成千上万为之付出艰辛工作的科技工作者总是默默地品尝着这一刻的欢乐，今天我们要介绍的郑子樵教授便是这其中的一员。 据介绍，进入空间轨道的航天运载器每减轻1kg，其发射费用将节省约2万美元，因此结构减重在航天领域可谓“克克计较”。战斗机重量若减轻15％，则可缩短飞机滑跑距离15％，增加航程20％，提高有效载荷30％。因此，世界各国十分重视研制和开发航空航天用轻质结构材料。锂的密度约为水的一半，是最轻的金属元素，在铝合金中每加入1%的锂，可使合金密度降低3%，刚度提高6%。据推算，如果采用先进铝锂合金取代传统铝合金制造波音飞机，重量可以减轻14．6％，燃料节省5．4％，飞机成本将下降2．1％，每架飞机每年的飞行费用将降低2．2％。因此，铝锂合金被认为是航空航天最理想的结构材料。二十世纪八十年代，在全世界范围内掀起了铝锂合金研究的高潮。但由于铝锂合金的特殊应用背景，铝锂合金研究中的关键技术各国高度保密。 基于铝锂合金在国防及航空航天领域应用的巨大潜力，以中南大学材料科学与工程学院郑子樵教授为学术带头人的课题组在国家科技攻关计划的支持下，从“七五”开始率先在国内开展铝锂合金研究，并坚持不懈地连续进行了四个“五年”计划的研究。铝锂合金无论合金成分控制、熔炼铸造工艺还是微观组织结构演化控制过程均与常规铝合金有很大的差别，由于国内没有任何经验可以借鉴，研究工作最初经历了很多次的失败。锂的性质活泼，在大气中极易氧化甚至燃烧，与氢的结合力也极强，并且容易与炉衬材料发生反应，侵蚀坩埚，形成的大量夹渣卷入铸锭中。同时熔铸过程中锂本身极易偏析，铸造时用水冷却还有爆炸的危险，因此铝锂合金根本不能按常规方法熔炼铸造。为此，郑子樵教授带领课题组人员反复实验，从熔炼坩埚炉体材料选择、熔体保护、成分控制、除气及铸造工艺入手，通过反复摸索，建立了一套获得高质量铝锂合金铸锭的熔铸技术。 铝锂合金虽具有密度小、刚度高等优点，但也有许多制约其应用的致命性弱点，如铝锂合金韧性、塑性较常规铝合金低，各向异性较大，热稳定性差等。对此，课题组在主合金成分优化及微合金化方面进行了大量研究，系统研究了多种合金元素在铝锂合金中的存在形式，特别是这些合金元素对铝锂合金微观组织结构的影响和强韧化效果及微观作用机制。课题组在原子和纳米层次分析考察了合金元素和其他原子以及缺陷的交互作用，阐明了铝锂合金成分、微观组织结构和合金性能之间内在联系的物理本质。在此基础上，郑子樵教授提出了多相复合协同强韧化的最佳组织模式和调控技术。这不仅使铝锂合金保持了高强度、高刚度的特点，而且显著改善了铝锂合金的韧性、塑性和其它性能。 经过近二十年的辛勤探索，课题组不仅攻克了铝锂合金制备工艺一个又一个的难关，而且创建了高性能铝锂合金的合金化及微观结构调控的基础理论体系和技术体系。这些理论研究成果得到了国内外同行的广泛认同，不仅充实了材料科学的基础理论，也促进了相关学科的交叉和发展，其学术影响和地位居于世界同类研究前列。 二十年来，课题组不仅一直坚持在实验室进行铝锂合金的基础理论研究，而且从最初的研究开始即思考着如何将基础理论研究成果应用于实际，以推动铝锂合金从实验室研究走向工业化生产并在我国航空航天领域获得应用。为此，郑子樵教授不知疲倦地来往于我国最大的铝加工企业———西南铝业（集团）有限责任公司以及航空航天部门的研究院所和应用部门之间。通过联合开展铝锂合金工业化试制与应用研究，形成了我国铝锂合金的实验室研究、工业化生产和实际应用的联合科研群体。郑子樵教授还直接参与了我国铝锂合金专用熔铸生产线建设的技术工作，经常在现场和技术人员一道解决工业化生产中的各种技术问题。 据郑子樵教授介绍，中南大学和西南铝业有限责任公司联合研究的多种高性能铝锂合金已开始大量应用于我国航空、航天领域，促进了我国航空航天工业的发展。由于联合科研群体的共同努力，我国已跨入了世界上仅美国、俄罗斯、英国等少数几个能生产和应用铝锂合金的国家行列。目前，中南大学材料科学与工程学院以郑子樵教授为学术带头人的研究群体，在跟踪国外最新研究动向的基础上，正努力通过自主创新，研究开发新一代的高性能铝锂合金，以满足我国未来航空航天及国防对铝锂合金的不同需求。 |
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