吳應清

專家簡介：

趙玉濤，江蘇大學教授（二級），博士生導師，從事輕質高強鋁、鎂基復合材料研究與應用30多年。2004年至2005年在英國帝國理工學院（Imperial College London）材料系從事納米復合材料研究。2008年被評為江蘇省“333高層次人才工程”中青年科技領軍人才，2009年入選國家“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，2011年被評為“江蘇省高等學校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊”，2012年榮獲“江蘇省第五屆十大杰出專利發(fā)明人”，同年被評為享受國務院政府特殊津貼專家，2018年被評為“科學中國人年度人物”。兼任中國有色金屬學會理事、全國工程材料標準化工作組委員、機械工業(yè)金屬基復合與功能材料重點實驗室主任、江蘇省高性能鋁鎂合金及其復合材料工程實驗室主任、江蘇省鋁基復合材料工程技術研究中心主任、江蘇省高性能合金產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長。

在國內外率先提出并發(fā)明了磁化學和超聲化學合成原位鋁、鎂基復合材料技術，設計并研發(fā)出我國具有自主知識產權的Al-Zr-B-O系復合材料，針對航空航天及節(jié)能與新能源汽車關鍵部件對高強韌的鋁基納米復合材料需求，提出原位多元納米強化新思路，創(chuàng)新了外場調控制備新技術，設計了系列原位鋁基納米復合新材料，并突破了原位鋁基納米復合材料復雜構件成形加工難等技術瓶頸，研發(fā)了輕質高強韌、抗疲勞高檔汽車控制臂、重載汽車輪轂、發(fā)動機減震部件等關鍵部件，滿足了國家重大工程及行業(yè)轉型升級急需，打破了國外技術封鎖和新材料產品壟斷。

“我的研究方向是高性能鋁、鎂基復合材料關鍵技術及其應用研究，內容主要涉及原位合成微/納米顆粒增強鋁基、鎂基復合材料的體系設計、制備加工、微觀組織、綜合性能和工程應用。按性能來分的話，分為輕質高強抗疲勞、高強抗蠕變、耐熱耐磨等復合材料。”江蘇大學教授趙玉濤開門見山地向記者介紹。

鋁，在日常生活中無處不在。從民用到工業(yè)再到軍事，這種金屬的復合材料都有著非常廣泛的應用。然而，僅僅100多年前，制取鋁的工藝剛剛開發(fā)、改進的時候，它還是帝王貴族們才能享用的珍寶，價格比黃金高，更被稱為“銀白色的金子”。在1855年的巴黎博覽會上，鋁與王冠上的寶石一起展出，標簽上注明“來自黏土的白銀”。

如今，這種輕質、低成本的材料得以廣泛應用，與一代代科研工作者對制備技術的創(chuàng)新和新型復合材料研發(fā)及應用的推進，是息息相關的。而江蘇大學教授趙玉濤，便是在這個“銀白色金屬”相關的科研王國中深耕30余年的一名筑夢人。他和他的團隊見證并參與了我國鋁合金材料的科技發(fā)展進程，也讓許多基于新型材料搭建的夢想成為可能。

從“破冰”到“遠航”

鋁合金是我國工業(yè)應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造等領域中大量使用。我國是全球最大的鋁生產和消費國，2015年原鋁產量為3141萬噸，鋁材產量為5236萬噸。然而，我國鋁行業(yè)產能過剩、同質化現(xiàn)象嚴重，迫切需要其高性能化和復合化技術的突破。

尤其是隨著航空航天、軌道交通、節(jié)能汽車、電子信息等高技術領域快速發(fā)展，傳統(tǒng)材料已不能滿足要求，關鍵部件用材料性能要求越來越高。趙玉濤介紹，在這種情況下，國際上已于20世紀80年代末開發(fā)了原位合成顆粒增強鋁基復合材料?！霸患{米強化鋁合金，其納米增強體是通過原位化學反應從鋁中形核、長大的熱力學穩(wěn)定相，因此納米增強體表面無污染、與基體界面結合強度高，具有比強度高、塑韌性好、抗疲勞能力強等特點，在航空、汽車、軌道交通等領域具有廣闊的應用前景，成為倍受國際關注的新材料?！?/p>

雖然新材料應用廣泛，但是獲取新材料的原位合成技術卻被國外專利技術壟斷。這些壟斷主要有XDTM法（美國專利）、Lanxide法（美國專利）、VLS法（美國專利）、LSM法（英國專利）等。此外，這種新材料仍有不完善的地方，還存在著制約其工業(yè)化應用的國際性難題。

趙玉濤介紹，制約工業(yè)化的難題主要有三個方面：“一是制備過程合成效率低，原位顆粒尺寸大、易團聚、形貌控制難；二是體系合成溫度高、能耗大，材料性能不穩(wěn)定；三是復雜構件凝固成型時增強顆粒易長大、偏聚，塑性成形加工中組織演變復雜、調控難?！?/p>

其實，我國于20世紀90年代初就已經開展了上述材料的研究工作，但受限于其涉及多學科交叉，且核心技術受國外封鎖等原因，它的應用一直處于試驗階段。因此，該材料被列入國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）制造業(yè)重點領域及優(yōu)先主題之一。

與學生在實驗室

從1998年開始，趙玉濤課題組開啟了這一領域的研究，課題瞄準國際前沿，聚焦國際難題，創(chuàng)新研究思路，另辟蹊徑，研究磁化學、超聲化學合成金屬基復合材料，并研究外場（電磁場、超聲場、聲磁耦合場等多場）調控原位金屬基納米復合材料組織與性能關系；研發(fā)具有我國自主知識產權的新體系（Al-Zr-B-O）合成材料，以及一整套規(guī)模制備、成型加工新技術。

近年來，在高性能鋁合金、金屬基復合材料和納米復合材料的研究領域，趙玉濤和團隊取得了一系列具有重大意義的創(chuàng)新性成果。目前，他已主持完成了國家自然科學基金、原國家“863”計劃、教育部科技重點、江蘇省重大成果轉化等項目30余項。而這些在一個領域中不斷縱深的項目，也如一塊塊拼圖，在趙玉濤和團隊的努力下，拼出了一個美好的圖景，亦可以說是一個龐大的研究體系。于是，在趙玉濤的科研履歷中，甚至在行業(yè)發(fā)展歷程中，業(yè)內總會一遍又一遍地提到這些項目：

2004年獲批的國家自然科學基金的“磁化學合成金屬基納米復合材料的機制研究”，首次提出磁化學合成金屬基復合材料，將電磁場與原位冶金化學反應有機結合，并成功合成了鋁基納米復合材料。

2007年獲批的原國家“863”項目“磁化學合成鋁基復合材料的設計及其構件成形加工技術”，大大推進了輕質高強原位鋁基復合材料的關鍵技術突破及應用。

2010年江蘇省科學技術獎一等獎獲獎項目“高性能節(jié)能型原位鋁基復合材料關鍵技術研究”，可以算是一長串項目清單中最具開創(chuàng)性的項目之一。這個項目的關鍵詞是“節(jié)能型”，毫無疑問，研究材料關注的是能源消耗。一直以來國外原位合成體系均在950℃～1000℃高溫下合成，不僅能耗大，而且鋁合金燒損嚴重，熔體中夾雜物含量高，凈化難，同時對冶煉裝備要求極高。在這個項目中，趙玉濤和團隊在尋找到了節(jié)能型的中低溫合成體系及技術的同時，還提高了復合材料的性能，攻關過程具有很大挑戰(zhàn)性。

2016年獲得的中國機械工業(yè)科學技術獎一等獎的項目“原位納米強化鋁合金關鍵技術及工程應用”，解決了國內外制備的原位鋁基復合材料存在的 “高強但韌性差”等關鍵問題，大大制約了該材料的應用。趙玉濤和團隊提出多相納米強化理論，并在關鍵制備與加工技術上實現(xiàn)了突破，實現(xiàn)了規(guī)模應用。

如果說，趙玉濤最初的科研工作是打破技術壟斷的破冰之旅的話，那么，他在后續(xù)一個個累積成體系的縱深研究中，就如同駕駛一艘巨輪不斷在科研的海洋中遠航。

作為團隊負責人，在駕駛巨輪前行過程中，趙玉濤也收獲了一系列榮譽：2008年，他被評為江蘇省“333高層次人才工程”中青年科技領軍人才；2009年，入選國家“新世紀百千萬人才工程”國家級人選；2011年，被評為“江蘇省高等學校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊”；2012年，榮獲“江蘇省第五屆十大杰出專利發(fā)明人”，同年被評為享受國務院政府特殊津貼專家；2018年，被評為“科學中國人年度人物”。此外，他還兼任中國有色金屬學會理事、全國工程材料標準化工作組委員、機械工業(yè)金屬基復合與功能材料重點實驗室主任、江蘇省高性能鋁鎂合金及其復合材料工程實驗室主任、江蘇省鋁基復合材料工程技術研究中心主任、江蘇省高性能合金產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長等學術身份。

對于過往的成就，趙玉濤很低調，他更喜歡談未來、談希望，在采訪中，記者從這位深耕行業(yè)30余年的科研工作者眼中，看到的更多是他對行業(yè)、對學生殷切的期盼。

把論文寫在祖國大地上

“原位納米強化鋁合金關鍵技術及工程應用”，是采訪中趙玉濤談得最多的一個項目。

這個項目主要針對現(xiàn)代交通載運工具關鍵部件，既要實現(xiàn)輕量化，更要高性能確保安全性的迫切需求，通過產學研用聯(lián)合攻關，實現(xiàn)了原位納米強化鋁合金及其構件成形關鍵技術突破和工程應用?！绊椖堪l(fā)明了聲磁耦合調控制備原位納米強化鋁合金新技術；發(fā)明了高強抗疲勞納米強化鋁合金新體系Al-Si-Zr-B-X，并開發(fā)了系列新材料；創(chuàng)新了多相多尺度協(xié)同成形加工技術，發(fā)明了原位納米強化鋁合金材料的外場調控電磁連鑄技術、低壓鑄造成形技術、慢速多孔擠壓技術，攪拌摩擦塑性加工、高應變速率超塑性等?！壁w玉濤介紹項目核心創(chuàng)新成果時，說出一長串科研術語。

據介紹，基于該項目而產出的學術成果頗豐，迄今為止總共申請專利53項，其中國家發(fā)明專利52項、申請國際P C T專利3項，獲得授權國家發(fā)明專利42項；獲得國家高新技術產品2項、江蘇省高新技術產品5項；共發(fā)表學術論文146篇，其中SCI收錄74篇、EI收錄72篇，出版著作4部；制定了原位鋁基復合材料國家標準1項。

可以說，原位納米強化鋁合金技術的應用，不僅促進了我國鋁行業(yè)向高端鋁基復合材料發(fā)展，而且有力提升了航空航天、軌道交通、節(jié)能與新能源汽車鋁合金關鍵部件的綜合性能，極大滿足行業(yè)轉型升級和戰(zhàn)略新興產業(yè)對輕質高強材料的急需，具有十分重要的戰(zhàn)略意義和工程應用價值。

趙玉濤說，項目設計開發(fā)出10余種高性能原位納米增強鋁基復合材料，并規(guī)模應用于高端汽車控制臂、重載汽車輪轂、發(fā)動機減震部件、輕量化車身等關鍵核心部件。

此外，項目開發(fā)的高性能節(jié)能型鋁基復合材料產品通過國家權威機構檢測和國際知名企業(yè)應用表明：不僅強度高、抗疲勞、耐磨好，綜合性能超過國外同類材料性能，而且成本僅為國外同類材料的1/2，且節(jié)能30%。這些高質量、低成本的產品，一經推廣應用便產生了顯著的經濟效益。該項目的主要成果已在20余家大中型企業(yè)成功應用，主要應用產品為高性能A356基復合材料錠或棒材、6000系列及7000系列鋁基復合材料型材、重載汽車用輪轂、高端汽車控制臂、發(fā)動機減震部件等，其中8家主要應用企業(yè)近3年累計新增銷售額近43億元、新增利稅約7.7億元。

團隊合影

操作實驗設備

除了科研價值和經濟、社會效益外，項目還有一個重大收獲就是人才的培養(yǎng)。據悉，項目依托省部級重點實驗室、工程技術研究中心和博士后科研流動站、企業(yè)博士后工作站以及研究生工作站等技術和人才培養(yǎng)平臺，采取多種形式吸引高級技術人才為項目工作和服務。在項目執(zhí)行期間先后培養(yǎng)博士研究生6名、碩士研究生50名，其中獲江蘇省優(yōu)秀博士論文2名、優(yōu)秀碩士論文4名。先后為企業(yè)開展3000余人次的技術培訓，極大提高了合作企業(yè)的技術水平，為后續(xù)研究奠定了堅實的人才基礎。

僅這一個項目，背后就有這樣龐大的成果體系和巨大的經濟社會效益。記者終于明白，這個“銀白色的金屬”王國為何讓趙玉濤這樣著迷。外行眼中不起眼的金屬元素，在像趙玉濤一樣的科研工作者手中，卻像被施了魔法一樣，不但可以換成真金白銀，還為這個世界帶來更多的精彩。

攻克難關向遠方

30多年專注一個研究領域，趙玉濤的“執(zhí)念”還要從讀書時說起。

1986年，趙玉濤本科畢業(yè)，他當時的畢業(yè)設計已經開始涉獵高性能鋁合金方面的研究；及至1989年，趙玉濤的碩士畢業(yè)論文更是對高性能鋁合金做了細致的研究；而從1993年開始，趙玉濤通過研讀美國麻省理工學院（M I T）材料系A.Mortensen教授的金屬基復合材料研究論文和上海交通大學張國定教授主編的《金屬基復合材料》，更是與金屬基復合材料結下了不解之緣。

尤其是2004年9月至2005年9月，在英國帝國理工學院材料系開展金屬基納米復合材料研究期間，趙玉濤訪問了牛津大學、劍橋大學、謝菲爾德大學、萊斯特大學等一批知名大學的材料研究團隊，回國后在國家留學回國人員科研啟動、國家自然基金、原國家“863”等資助下開展了一系列研究，在原位合成新體系、磁化學合成技術等方面取得了原創(chuàng)性成果。

“瞄準國際研究前沿和最新研究成果，并實現(xiàn)自主創(chuàng)新。尤其是研發(fā)具有我國自主知識產權的新體系材料、制備及加工技術，并以國家和行業(yè)需求為牽引，從基礎研究出發(fā)，然后關鍵技術突破，到成果轉化和應用，拓寬創(chuàng)新鏈，并與產業(yè)鏈銜接，開展針對汽車輕量化和高性能化急需的輕質納米強化鋁合金汽車控制臂、重載汽車輪轂、汽車減震部件、汽車車身等一系列重要部件?！碑敱粏柤翱蒲泄ぷ鲓^斗目標時，趙玉濤表示，最終是要實現(xiàn)規(guī)模應用和產業(yè)化。

隨著一個個項目的累積和推進，一代代科研工作者的不斷努力，目前我國在該領域的研究已經達到了國際先進水平。

“第一優(yōu)勢，是我們研發(fā)的A l-Z r-B-O系鋁基納米復合材料的性能，不僅強度高，而且塑韌性好、抗疲勞能力強，制造的關鍵部件綜合性能優(yōu)于國外同類產品；第二優(yōu)勢，是我們在汽車輕量化做出了重要貢獻，我們研發(fā)的原位納米強化鋁合金，已經規(guī)模應用于奔馳、寶馬、一汽大眾、上海通用等世界品牌汽車?！壁w玉濤欣慰地說。他也坦言，目前相關領域研究的短板是“在航空航天、國防軍事領域應用還不夠廣泛”，這與國外情況尚有較大差距。

“研究遇到的困難很多，如新體系開發(fā)難，原位多相納米協(xié)同機理還鮮見報道，納米復合材料制備難，性能不穩(wěn)定等一系列難題或瓶頸，有的是世界性難題。我們的信念是外國人能做的，中國人一定也能做，而且我們要變軌超車，敢于超越?！壁w玉濤介紹，未來還將面臨如何制備成3D打印所需要的粉末以及納米復合強化其他合金材料的數據庫建設等難點。

對于未來，趙玉濤信心滿滿。目前，他與團隊正在承擔國家自然基金委、中國汽車工業(yè)協(xié)會和中國第一汽車集團、東風汽車公司、上海汽車集團等八大汽車集團聯(lián)合發(fā)起的中國汽車產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合基金重點項目，專攻新一代節(jié)能汽車與新能源汽車車身用原位納米強化鋁合金材料的設計、制備與應用基礎研究。趙玉濤介紹，該項目進展順利，部分成果已實現(xiàn)產業(yè)化，并申報了國際PCT，在輕量化車身用鋁基納米復合材料的設計、制備及成形加工技術等方面取得了重要突破。

在這座“銀白色金屬”王國中，趙玉濤和他的團隊，將繼續(xù)構筑更多的夢想。而他們駕駛的這艘科研巨輪，也將開往更遠的地方。