鋁合金架構起行業脊梁

肖貞林

2016年與2022年，由中南大學材料科學與工程學院教授劉志義率領團隊自主開發出的兩種耐熱鋁合金相繼獲行業合金牌號“2A43”與“212Z.1”。這不是劉志義第一次看到自己的科研成果順利“奔現”，也絕不是最后一次，但那份藏于心底的欣喜與激動，卻是多年未減。

“擇一事，終一生。我這一輩子幾乎都奉獻給了鋁合金事業。”劉志義自1979年踏入湘潭大學材料科學與工程專業那一刻起，便一心撲在“如何能讓這種人造金屬更為堅固耐用”的方法探究之上，數十年如一日地堅守在實驗室中。“做科研需要專注，一定要守得住寂寞。”這是他在業內砥礪前行數十年的基本信仰。

書生意氣?揮斥方遒

“要德智體全面發展，夯實專業知識，鍛煉強健體魄，堅定、健康地為黨工作50年。”大學時，系黨支部書記的一句振奮呼吁，讓劉志義印象深刻。談起對于材料科學與工程專業的選擇，他回憶是源自一本在高中圖書室偶然翻開的中學生科普讀物，字里行間展現“材料”的發展前景，并預判一些新興材料在未來一定會被大規模地應用于日常生活中。懷揣一顆報國利民的拳拳之心，劉志義毅然踏入此領域，一扎根就是幾十年。

本科畢業后，劉志義順應時代發展，進入湖南漣源鋼鐵廠技術監督處成為一名技術監督員。在生產一線，他看到許多良莠不齊的金屬建材，“知其然，還要知其所以然，產品質量是否符合標準是一回事，是什么原因導致產品不合格又是另外一回事，我發現其中的很多問題我都不能用已學的知識來解釋。”一種“紙上得來終覺淺”的挫敗感催生了心底的求知欲，他隨即下決心一定要考入哈爾濱工業大學——這所在工業界聲名遠播的學府——繼續深造。

跨越山海、由南向北的這段求學之路，劉志義走得并不順暢。起初，因為劉志義報考的金屬材料熱處理專業與其之前所學稍有差別，導致他在專業科目的考試中發揮得并不十分理想。不過幸運的是，他的一線工作經歷引起了導師的注意與青睞，“導師覺得我在生產一線工作了4年，對實際問題的處理和把握應該會比較成熟”。正是憑借著這樣的信任，他在入學不久就獲得了參與重大科研課題的機會。隨后在一個原航天部牽頭的重要課題中，他再次被帶隊導師委以重任，同時給予了他極高的學術自由度。雖然完成任務的過程中有諸多困難，但這讓劉志義第一次切實感受到了獨立科研的成就感。他確信，這將會是他為之奮斗一生的事業。“那么首先要做的，就是繼續充實自己。”

1990—1994年對于劉志義而言，是科研生涯中濃墨重彩的一段旅程。本科階段打好“地基”、碩士階段攻關熱處理方向之后，博士期間，劉志義有意識地拓寬自身的知識面，選擇了金屬變形加工類專業進行深研。在閱讀文獻時注意到集成電路會因電流過大而被破壞的機制之后，他突然意識到：原來電流可以推動原子遷移及擴散。很快，這種想法就被他“遷移”到了金屬變形加工的過程之中。在金屬變形環節，他創新性地提出引入電脈沖的外場作用，以增加原子擴散和位錯滑移的速率，提高超塑成形效率。這是國內首次有人嘗試將電脈沖等技術與金屬超塑變形相結合，為行業提供了全新的路徑與可能。憑借這一革命性的科學成果，劉志義在博士畢業時便在《科學通報》上發表了2篇學術文章，相關成果收獲了高等學校科學研究優秀成果獎科技進步獎，這對于一位尚在“象牙塔”中的學生而言，無疑是一種殊榮。面對成就，劉志義卻說：“拋磚引玉而已，未來還希望大家共同努力，助力行業蓬勃發展。”

立足實踐?壯心未已

從博士后一路晉升至教授，劉志義先后輾轉于西北工業大學凝固技術國家重點實驗室與石油大學（華東）機械學院，這段寶貴時光為劉志義帶來了在金屬“四大學科”研究上的全面發展。鑄造與焊接方面的知識補充使得他在考慮科研問題時變得更加全面與細致：不僅可以兼顧成果轉化階段與一線生產人員的溝通問題，還能熟練地調控產品的工藝性能，這對于他科研工作的進行無異于錦上添花。

就在事業發展得如火如荼之際，劉志義卻因健康問題悄然離開石油大學（華東），回到家鄉湖南，在中南大學材料科學與工程學院出任教授。依托中南大學的平臺，劉志義遵循著鋁合金的實際應用場景，首先聚焦在我國的航空事業之上。在航空領域內，鋁合金的抗疲勞損傷問題一直是國內外的研究熱點。不僅美國波音公司與Alco鋁業公司合作，在2020年以前將飛機的壽命提高了20%、重量降低20%；我國也對大飛機的飛行壽命要求提高至9萬飛行小時和9萬起落架次，且在“十一五”“十二五”“973”等計劃中都將鋁合金耐損傷列為重要研究內容。

針對此種發展動向，劉志義率先帶領團隊承接了國家自然科學基金項目“Al-Cu-Mg合金抗疲勞的溶質原子團簇尺寸效應機理”，并在項目中采用三維原子探針、高分辨透射電鏡、透射電鏡、DSC等現代分析方法，旨在探究溶質原子團簇尺寸對模量強化效應的影響、原子團簇與位錯交互作用、原子團簇尺寸對駐留滑移帶的形成、裂紋萌生及短裂紋擴展的影響機理等問題，開展疲勞裂紋尖端溶質原子團簇溶解熱力學及團簇尺寸對原子團簇溶解動力學的影響機理分析，以揭示溶質原子團簇尺寸對Al-Cu-Mg合金疲勞性能的影響機制，由此獲得Al-Cu-Mg合金的新型耐疲勞損傷微結構及其控制方法，發展鋁合金耐疲勞損傷的新型熱處理技術原型和新的熱處理狀態，最終提升我國鋁合金產業技術水平及航空制造技術水平。目前，劉志義及團隊在相關領域已成功獲得10項國家發明專利授權。

此外，鋁合金的耐熱問題也是劉志義重點攻克的目標之一。他不僅先后發明了新一代耐熱鋁合金“2A43”與新型耐熱鑄造鋁合金“212Z.1”，還突破了20噸大鑄錠工程化制備和鍛件板材的加工，并開發出了工業化航天飛行器的艙段鑄件。更值得一提的是，這些工業化鍛件和板材已經在航天飛行器上獲得應用，迄今已連續穩定地供貨4年有余，且此成果斬獲了中國發明協會創新獎一等獎。

由于鋁合金材料具有很強的普適性，劉志義團隊近年來進一步拓展了其應用領域。在電弧3D打印方面，他們發明了相應的耐熱鋁合金及其絲材制備技術，突破了工程化加工制備和電弧3D打印；而在石油鉆探領域，他們則開發了一種制備油井管的高耐腐蝕型耐熱鋁合金，目前這一成果已經取得井下試驗的成功。“截至目前，我的相關技術成果基本都已完成產業轉化，且經過市場檢驗。未來我唯一的心愿就是將我和團隊開發出的新型航空鋁合金材料進行大力推廣。”

據劉志義介紹，在大飛機制造的八大系統中，只有機尾一個部分目前可以完全由我國獨立制造，其余還需在一定程度上依賴進口技術或材料。年近耳順，劉志義不忘初心，在科研之路上，他仍志在千里。“新興技術已經在與企業接觸洽談合作。”他透露道，“未來我國的航空與材料行業，一定會扶搖直上，鵬程萬里。”他堅定道。

（責編：關弋）