聚焦2021院士峰会⑬|两位新晋金属材料院士“首秀”

12月1日,“2021粤港澳院士峰会暨松山湖科学会议——先进金属材料”在松山湖举行。汪卫华、孙军、陈光等多位中国科学院院士,以及众多专家学者和企业代表共聚一堂,共同探讨先进金属材料的体系创新和未来发展的趋势。会议开始之前,松山湖科学家活动基地举行了揭牌仪式。

先进金属材料是材料极其重要的组成部分。大力发展先进金属材料产业,加速先进金属材料的研究和开发,对促进国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。

今年10月,省政府正式批复《松山湖科学城发展总体规划(2021-2035年)》,松山湖科学城坚持以“源头创新-技术创新-成果转化-企业培育”创新全链条为“四梁”,以重大科技设施、重大科研平台、高水平研究型大学、新型研发机构、科技型龙头企业、高端创新人才、高品质城市配套、一流创新环境为“八柱”。

松山湖党工委副书记、管委会主任欧阳南江在致辞时表示,松山湖材料实验室作为松山湖科学城源头创新矩阵的排头兵和重要支撑点,不断吸引材料科学领域的顶尖科研团队和重大基础研究项目,力争在重大科学领域和关键技术方面实现颠覆性、原创性突破,解决先进材料领域的“卡脖子”问题,相信必将为加快推动大湾区综合性国家科学中心建设提供创新智慧引擎。

发展是第一任务、创新是第一动力,人才是第一资源。欧阳南江表示,今年恰逢松山湖建园20周年,也是松山湖科学城全面启动建设的开局之年。他希望通过“先进金属材料会议”能进一步推动先进金属材料体系创新、结构功能一体化进程,助力我国关键金属材料的快速发展与相关产业的升级换代。

“2021粤港澳院士峰会暨松山湖科学会议——先进金属材料”现场星光熠熠。除了中国科学院院士、松山湖材料实验室主任、中国科学院物理研究所研究员汪卫华,会议现场还邀请了两位中国科学院新晋金属材料院士——孙军和陈光。

这两位新晋金属材料院士分别就“金属材料异质界面强韧化的微纳尺寸效应”和“轻质耐热TiAl合金”两个主题进行了专题报告,将他们当选中国科学院院士后的“首秀”献给了2021粤港澳院士峰会暨松山湖科学会议。

【院士观点】

孙军:

高强韧钼合金广泛应用于机械、核电、军工领域

中国科学院院士、西安交通大学金属材料强度国家重点实验室主任、教授孙军发表了以“金属材料异质界面强韧化的微纳尺寸效应”为主题的报告。他表示,金属结构材料历史悠久,应用广泛,古时的青铜器、现代的钢铁都是金属结构材料的应用,甚至军事导弹身管、核燃料包壳管、高功率器件微纳材料都是金属结构材料的实际应用。

如何提高金属材料的强度、韧性和塑性是众多科学家毕生的追求。作为金属材料新晋院士,孙军现场分享了他的研究成果和进展——高强韧纳米结构钼合金的研制和应用,能够保持金属材料强化的同时,成倍提高金属材料的延韧性;金属纳米多层膜和涂层的研制和应用,通过外在与内外耦合尺寸效应成倍地提高金属材料的强度。

孙军介绍,钼是一种耐高温的稀有战略难熔金属,有着广泛的应用需求。我国是世界第一大钼资源国和产钼国,总储量850万吨,年产量8.7万吨,分别占世界总量的38.4%和37%。但钼合金仍以初级产品为主,耐高温、深加工的钼合金需求无法得到满足。于是,孙军带领团队研发了高强韧钼合金、镁合金制备技术,并实现了产业化,广泛应用于机械、冶金、化工、石油、核电和军工等领域。

陈光:

轻质耐热TiAl合金撬动千亿航空发动机产业

中国科学院院士、南京理工大学学术委员会副主任、教授陈光发表了以“轻质耐热TiAl合金”为主题的报告。

研究轻质耐热TiAl合金有什么价值?

陈光介绍,减重是航空航天武器装备发展永恒的主题。在航天领域有一种说法,1克质量1克金,航空发动机每减重1克,可使飞机减重4-8克。TiAl合金则是应用在航空发动机的重要材料,而轻质耐热TiAl合金则可以实现为航空发动机减重的目标,再结合设计,进而可以实现节油、降噪、减排等效果。

除了航空发动机,TiAl合金也广泛应用于汽车发动机领域。以不完全估算,TiAl合金增压涡轮均有广泛的市场需求,其中赛车每年需求约2万只,高档轿车、载重卡车每年需求则超过100万只,在国内尚未实现大范围商用。

纵观TiAl合金的研发历程非常漫长。这是因为TiAl合金是一种半脆性的材料,拉伸拉长率小于2%,应用起来需要做全新发动机设计框架;因相变复杂而伴随了更多的挑战;附加成本高,从而加大了首次商用风险。陈光认为,TiAl合金最大的两个致命缺点就是脆性大和承温能力有限,从而导致应用成形加工难,航空领域不敢将TiAl合金用于飞机前部压气机,也限制了其在更高温度领域的使用。

那么,怎么解决TiAl合金这两大致命缺点?上世纪八九十年代,美国、日本、法国、德国想到了用单晶来解决,但仍有不足。陈光则用全过程定向凝固技术突破了传统定向凝固技术带来的局限性,打开了航空航天高温材料研究的窗口。

“千亿投资,十年计划,航空发动机产业将迎来重大突破。”陈光预测,未来10年,我国航空发动机产业年均近2000亿市场规模。全球航空涡轮发动机年产值约700亿美元;未来十五年,全球航空涡轮发动机总产值约1.3万亿美元。