专访丁文江院士：曾推动镁合金研究走向世界前列，近期又发力高端制造检测设备进口替代

“自改革开放以来，中国产业的发展从向下拓展，正在逐步朝着向上溯源的方向迈进。”中国工程院院士、轻合金精密成型国家工程研究中心主任、上海交通大学氢科学中心主任表示。

图丨（来源：资料图）

1953 年，出生于上海市。后来，他来到上海交通大学铸造工艺与装备专业学习，并于 1981 年毕业后留校工作。

在科研脚步刚刚开始之际，专注于铝材料领域，并以非热处理强化铝合金为研究重点。1983 年，基于一次偶然的契机，他转入对镁材料的研究，并在该领域披荆斩棘了长达四十年。他的科研经历和转化落地的一系列探索，在某种程度上也与他提出的“向上溯源、自立自强”的发展理念相符。

聚焦镁合金材料四十载，多次取得突破性成果

每一个学过化学的人，都应该知道镁这种金属元素。它占据着元素周期表上第 12 号排位，它既是于自然界广泛分布、且属于人体必需元素的一种，又是常见的一类密度小、化学活性大的轻金属。

但在实际生活中，普通人似乎只能通过两种方式直接知道镁这种元素。其一是节日之际燃放的焰火，就是通过镁燃烧后会发出刺眼光芒的原理制成的，如果在其中添加不同的氧化物，便可呈现出丰富的色彩。其二是早期照相时使用的镁光灯，也是通过燃烧镁粉放出强光实现的。

于而言，他和镁的结识有些与众不同。

1983 年，中国刚刚引进桑塔纳轿车。在推进国产桑塔纳下线的过程中，上海第一汽车附件厂发生了一次燃烧事件。当时相关负责人以为是铝发生了燃烧，便邀请从事铝研究的前来一探究竟，但经过确认才发现，是桑塔纳上的两个镁合金零件，即变速箱的壳体和壳盖，发生了燃烧。

这次经历，让开始对镁材料产生兴趣。

1987 年，他参与到桑塔纳轿车镁合金变速箱的国产化科研工作中。

“当时，中国正值改革开放，几乎所有产业领域都在引进国外生产线，包括钢铁、洗衣机、电视机、冰箱等。我们科技人员的主要职责，就是把引进来的产品进行国产化。”表示。

在他们投身于镁合金材料的制备时，发现其中存在一个很大的问题。

一般来说，所有的金属材料都是先熔化，再燃烧，也就是熔点低于燃点。但镁材料却刚好相反，因为其燃点低于熔点，所以往往还没熔化，就会与氧气发生反应并燃烧。

可是，在制造任何产品之前，都需要先经过熔化材料这个环节。因此，镁的这种特性，给产品生产带来了极大阻碍。

虽然他们使用各种手段，来为镁材料提供保护，但这种方式也增加了生产的难度，并提高了成本。

为了攻克这个问题，开始研究镁发生燃烧的原因。

和铝一样，镁和氧的亲和力也非常大。不过，铝和氧可以通过反应生成三氧化二铝，后者能够阻止铝继续被氧化。而镁的氧化膜是疏松的，就像鱼鳞一样，存在一片一片的间隙，所以并不能阻止镁的持续氧化。

基于此，和团队通过改造镁的氧化物结构，即使用掺杂稀土元素的氧化膜，让其和镁的氧化膜实现互补，进而开发了阻燃镁合金，成功地将镁的燃点从 520℃ 提升到 935℃，远远高于镁的熔点（651℃）。基于该项成果，他们获得了国家科学技术进步奖。‍

除了燃点较低外，镁还存在另外一个弱点，那就是强度不够高，而这会给大规模应用带来难题。

对此，他们在高强度镁合金方面进行探索，最终将镁合金的强度提高到 500 兆帕，使用温度提高到 300℃。

将镁和氢成功地联系到一起，开拓出镁基能源材料的研究方向，则是的又一项重要研究。

在推进新能源发展和绿色低碳转型的过程中，排在元素周期表第一位的化学元素氢，扮演着关键角色。虽然氢是绿色清洁能源，但其要想实现规模化应用，却并非轻而易举。

这是因为，氢通常以由双原子分子组成的氢气形态存在，在常温常压的状态下，极易发生燃烧和爆炸，非常不利于储存和运输。即使是采用目前常用的高压气态储氢和低温液态储氢等储氢方式，也需要耗费巨大成本。

为了破解这个难题，团队花了很长时间探索和尝试。最终，他们决定将镁和氢直接结合，从而制备出含有镁氢元素的合金材料，让氢能够借助常温低压条件下固态储存的方式，很好地“留存”在镁基材料中。

经过测试，他们发现采用固态储氢方式，可以实现每立方米 110 公斤氢气的储存。这一数据远远超过用高压气态和低温液态方式储存的氢气量，后两者分别为每立方米储氢 14.4 公斤和 70 公斤。据了解，去年 12 月，他们已经设计出可以储存 1.5 吨氢气的世界首台标准化镁基固态储氢车。

据悉，这种固态储氢方式，既能够适应大规模、长距离的氢运输，又有利于储存多余的能源，可广泛应用于储能、交通运输、热电联供等领域。

联合创立高端制造设备公司，助推技术自立自强

“中国改革开放的前三十年里，在跟踪、模仿、引进、消化、吸收和竞争上，花了很大的力气。我把这个发展现状做了一个总结，叫向下拓展。桑塔纳的引进和国产化，便可看作是其中的一个缩影。十八大以来，我国进一步加强了对科技创新的重视。如今二十大又将科技发展提到了一个更高的程度，即加快推进自立自强。因此我认为，未来我国科技一定会以向上溯源为发展方向。”表示。

迎着这个发展趋势，联合中国科学院院士，以及其他经验丰富的工程技术专家，共同创办了无锡亘芯悦科技有限公司，并由院士担任公司的首席科学家。

据介绍，这是一家高端制造设备公司，主要聚焦于量测与检测设备的研发和生产，应用于半导体等高端制造业。

图丨坐落于无锡新吴区微纳园的亘芯悦（来源：资料图）

在该公司名称的背后，隐含着哪些立意呢？

据介绍，亘芯悦所专注的业务，是芯片生产过程中必不可少的一个环节，会对中国芯片产业链的发展起到良好的补充作用。

因此，“亘”是亘古不变的意思，表达公司坚持立足长远的发展使命；“悦”则取高兴之意，希望既能够让芯片感到高兴，又能够让做芯片行业的人感到高兴，意在开发高质量的检测设备。

图丨公司图（来源：资料图）

那么，该公司的初衷与使命，又将以怎样的发展策略来践行呢？

表示：“我们主要从完成进口替代和实现存量选优这两个策略出发。”

对于进口替代，他介绍了公司正在开展的其中两方面工作。

一方面，是实现检测设备中腔体材料的更新换代。

在检测设备中，有一个用于提供真空环境的腔体。它的精度和稳定性，对于设备性能来说至关重要。

芯片制程正在朝着越来越小的方向发展，制造设备的腔体减震上必须得到充分保证。尽管机械减震是通常采用的方法，团队研究发现，材料也可以在减震方面发挥很大作用。他们正在尝试使用镁材料，来制造原来基于铝材料制成的腔体。

“一旦成功，我们就逐步达到了更新换代，进而实现了一个细分领域的自立自强。”说。

图丨公司图（来源：资料图）

另一方面，是实现电子枪材料的更新换代。

电子枪是电子光学领域的一个核心零部件，其主要功能在于发射电子、控制电子流、聚焦电子束等，多用于钨丝灯和显像管中。

目前，所有的电子枪都是基于钨材料，朝着从大到小的方向，通过不断研磨、切削来制备。

在这方面，团队改换从小到大的制备思路，正在探索使用比钨材料更合适的材料，制备新型电子枪。

这些例子体现了存量选优的策略，也支撑着亘芯悦的发展。简单来说，是用多年积累下来的深厚产业经验作为支撑，在已有产品的基础之上做好成本控制，选择最合适且最有用的那些技术与材料来提高产品的性能指标。

“我们希望公司通过转化这些科研成果，在未来可以达到增量创优的目的。同时，科研成果的高水平工程化，可以将企业带到该领域的领先地位，也是我们科技产业的一个愿景。”最后表示。

支持：张智

运营/排版：何晨龙

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