中國(guó)海洋大學(xué)—山東科技大學(xué)海洋裝備材料與技術(shù)聯(lián)合研究中心主任崔洪芝、自然資源部第一海洋研究所研究員喬方利榮獲2021年度青島市科學(xué)技術(shù)最高獎(jiǎng)
中國(guó)海洋大學(xué)—山東科技大學(xué)海洋裝備材料與技術(shù)聯(lián)合研究中心主任崔洪芝：
為重大工程關(guān)鍵部件穿上國(guó)產(chǎn)“防護(hù)服”
截至目前，崔洪芝已經(jīng)以第一完成人的身份獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和山東省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)；發(fā)表SCI論文260篇，獲發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)60余件。
研究成果在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，為裝備安全運(yùn)行、事故率持續(xù)下降，為關(guān)鍵材料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化并走到世界前列作出重要貢獻(xiàn)，累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益達(dá)60億元。
“材料是工業(yè)之母，是我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域解決關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)‘彎道超車(chē)’的核心?！睅е@樣的使命感，2021年度青島市科學(xué)技術(shù)最高獎(jiǎng)得主、中國(guó)海洋大學(xué)—山東科技大學(xué)海洋裝備材料與技術(shù)聯(lián)合研究中心主任、海洋裝備特種材料山東省工程研究中心主任崔洪芝與材料打交道已有三十余年。
在海工、能源、交通等領(lǐng)域，材料服役環(huán)境嚴(yán)酷、性能要求嚴(yán)苛。崔洪芝的主要工作就是通過(guò)開(kāi)發(fā)新材料、研究新技術(shù)、制造新裝備，為這類(lèi)極端環(huán)境裝備提供更可靠、更安全的材料和表面強(qiáng)化技術(shù)，為重大工程關(guān)鍵部件穿上了國(guó)產(chǎn)“防護(hù)服”。
崔洪芝的研究成果在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，為裝備安全運(yùn)行、事故率持續(xù)下降，為關(guān)鍵材料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化并走到世界前列作出重要貢獻(xiàn)，累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益達(dá)60億元。
填補(bǔ)我國(guó)等離子表面強(qiáng)化技術(shù)空白
1965年，崔洪芝出生于山東省棲霞市的一個(gè)書(shū)香門(mén)第。作為教師，她的父親有訂閱各類(lèi)讀物的習(xí)慣?！案赣H在紙上、墻面上寫(xiě)字的時(shí)候，我經(jīng)常幫他研墨、提油漆桶?！贝藓橹セ貞洠@樣的成長(zhǎng)環(huán)境，讓她對(duì)求知有一種天然的向往。耳濡目染之下，走上科研道路就是她水到渠成的選擇。
1982年，崔洪芝考入了山東大學(xué)（前身山東工業(yè)大學(xué)）金屬材料及熱處理專(zhuān)業(yè)?！安牧蠈W(xué)科是非常重要的基礎(chǔ)學(xué)科，決定著很多大型裝備的性能，我國(guó)在裝備水平上與國(guó)外有較大差距，根本上就是因?yàn)椴牧闲阅堋贿^(guò)關(guān)’?！睍r(shí)至今日，當(dāng)年老師在課堂上說(shuō)的話依舊刻在崔洪芝心里?！拔耶?dāng)時(shí)就暗暗發(fā)誓，要在材料領(lǐng)域鉆研出成果，應(yīng)用到國(guó)產(chǎn)裝備和工業(yè)領(lǐng)域?！贝藓橹フf(shuō)。
上世紀(jì)90年代初期，國(guó)際上對(duì)各類(lèi)材料開(kāi)展表面強(qiáng)化的“主流”方式是激光處理。但這種方法價(jià)格昂貴，一臺(tái)進(jìn)口激光處理設(shè)備動(dòng)輒高達(dá)幾百萬(wàn)元乃至上千萬(wàn)元。國(guó)內(nèi)普遍選擇的電鍍方式雖然價(jià)格低，但強(qiáng)化效果差且污染嚴(yán)重。能不能開(kāi)發(fā)一種類(lèi)似于激光，可以高效地強(qiáng)化材料表面性能的新工藝？崔洪芝把目光投向了等離子高能束表面強(qiáng)化技術(shù)。與激光相比，這種技術(shù)適應(yīng)的場(chǎng)景更多，輸出效率可達(dá)80%。
當(dāng)時(shí)，全球在等離子束相關(guān)領(lǐng)域尚沒(méi)有成熟成果可以借鑒，我國(guó)在該領(lǐng)域研究成果更是近乎空白，加上科研條件薄弱，對(duì)于只有二十五六歲的崔洪芝來(lái)說(shuō)，科研難度不小。為了兼顧水、電、氣以及各項(xiàng)功能，好不容易做出來(lái)的“初代”等離子發(fā)生器的體積巨大。為了解決這些問(wèn)題，崔洪芝日夜忙碌，幾乎“住”到了實(shí)驗(yàn)室。隨著對(duì)相關(guān)原理的了解越來(lái)越清晰，崔洪芝率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克了等離子束穩(wěn)定性、可控性、大功率、小型化等技術(shù)難題，終于在全球首次開(kāi)發(fā)了高能等離子束表面冶金強(qiáng)化技術(shù)，它可使材料表面具有耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫氧化性、減摩性等，一舉將關(guān)鍵部件壽命延長(zhǎng)3至5倍，而且成本降低至此前的四分之一，在內(nèi)燃機(jī)缸體、缸套領(lǐng)域60%的廠家獲得應(yīng)用。
自此，崔洪芝為煤炭、石油、化工、冶金等行業(yè)開(kāi)發(fā)出了“用得起”的技術(shù)，相關(guān)產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占比最高接近50%。得益于這項(xiàng)技術(shù)，石油機(jī)械整筒泵管這類(lèi)大長(zhǎng)徑比部件的壽命由平均不足半年延長(zhǎng)至兩年以上，解決了深井開(kāi)采的高溫腐蝕磨損難題，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。崔洪芝也因此獲得2008年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
面向?qū)嶋H需求，開(kāi)發(fā)高性能材料
如果材料本身性能很差，再厲害的技術(shù)也無(wú)法對(duì)其強(qiáng)化。因此，崔洪芝把研究方向轉(zhuǎn)回了材料本身?！安牧系牟煌阅芡嬖诿荜P(guān)系，例如，耐磨性和耐蝕性、耐蝕性和強(qiáng)韌性都難以在同種材料上并存，這就需要通過(guò)成分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)材料性能的協(xié)同提升?！彼f(shuō)。
崔洪芝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了高通量材料設(shè)計(jì)和制備技術(shù)，發(fā)明了耐磨、耐蝕、高強(qiáng)韌的系列材料。通俗來(lái)講，就是通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)、高通量制備及表征技術(shù)，制造出多種性能“樣樣都強(qiáng)”的材料?！皬?到N”，崔洪芝在涉海高品質(zhì)金屬材料、能源材料、高性能材料、極端環(huán)境下的耐磨蝕材料等領(lǐng)域取得了多項(xiàng)突破。
科學(xué)研究脫離了實(shí)際需求就失去了方向，崔洪芝團(tuán)隊(duì)從行業(yè)的實(shí)際需求出發(fā)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作，建立起了耐磨蝕材料數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)出20余種耐磨蝕材料體系，搭建了高通量技術(shù)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了激光和等離子復(fù)合的高速熔射表面強(qiáng)化技術(shù)。如此一來(lái)，針對(duì)各種工作環(huán)境，崔洪芝都能快速提供“量身定制”的防護(hù)方案，延長(zhǎng)關(guān)鍵部件的使用壽命。
針對(duì)高鐵制動(dòng)盤(pán)材料“卡脖子”的技術(shù)難題，崔洪芝團(tuán)隊(duì)解決了耐磨和強(qiáng)韌難以并存的難題，為高鐵“定制”了耐磨損、耐疲勞、抗熱震的制動(dòng)盤(pán)，在時(shí)速385公里的條件下，該制動(dòng)盤(pán)的使用壽命提高了兩倍以上，為高鐵的高速安全制動(dòng)提供了材料支撐。
針對(duì)煤炭深部開(kāi)采這類(lèi)持續(xù)淋水、腐蝕的作業(yè)環(huán)境，崔洪芝通過(guò)開(kāi)發(fā)耐蝕耐磨材料、使用高能束表面冶金強(qiáng)化技術(shù)等方式為支護(hù)用的大型立柱提供“組合服務(wù)”，使支護(hù)立柱打壓次數(shù)由2000次提增至16500次，實(shí)現(xiàn)了井下5年免維護(hù)。產(chǎn)品耐久、密封、溢流等關(guān)鍵指標(biāo)超過(guò)國(guó)際知名產(chǎn)品，出口海外，形成了我國(guó)自主的材料、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)體系。我國(guó)煤炭行業(yè)“50強(qiáng)”企業(yè)中，有30家用的是崔洪芝團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)品和技術(shù)。
崔洪芝團(tuán)隊(duì)主持完成的耐磨蝕抗熱震材料及涂層技術(shù)，推廣應(yīng)用于海工、能源、軌道交通、環(huán)保、冶金、化工等領(lǐng)域，獲2019年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。
針對(duì)現(xiàn)有的柴油車(chē)尾氣過(guò)濾技術(shù)造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力損耗較大的難題，崔洪芝將金屬與陶瓷優(yōu)勢(shì)結(jié)合，開(kāi)發(fā)出金屬間化合物過(guò)濾體，兼具金屬的高導(dǎo)熱性和陶瓷的耐高溫性、耐蝕性，解決了高過(guò)濾效率和高損耗之間的矛盾。該過(guò)濾體在使用壽命、顆粒物排放等關(guān)鍵指標(biāo)上優(yōu)于美國(guó)和日本產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代，在國(guó)內(nèi)柴油車(chē)尾氣后處理市場(chǎng)占比達(dá)到30%。
“做科研要有‘不破樓蘭終不還’的決心”
三十余年間，崔洪芝與世界科技前沿、經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、國(guó)家重大需求 “同頻共振”，以行業(yè)實(shí)際需求為牽引，“倒逼”基礎(chǔ)研究創(chuàng)新。在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)“并駕齊驅(qū)”的歷程中，給國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵零部件穿上了“量體定做”的“防護(hù)衣”，推動(dòng)我國(guó)材料領(lǐng)域走上全球前沿，在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)國(guó)際引領(lǐng)。
如今，崔洪芝團(tuán)隊(duì)產(chǎn)出的材料、技術(shù)、設(shè)備、工藝已經(jīng)成為多個(gè)極端環(huán)境的“標(biāo)配”。“以前做材料設(shè)計(jì)都是功能導(dǎo)向、性能導(dǎo)向，研制出新的材料再去找應(yīng)用場(chǎng)景?！贝藓橹フf(shuō)，“我們轉(zhuǎn)換思路，先了解極端環(huán)境需要什么材料、什么性能，以需求驅(qū)動(dòng)開(kāi)展材料成分、結(jié)構(gòu)和性能設(shè)計(jì)，并提供適配的設(shè)備和工藝方案，這樣系統(tǒng)地解決問(wèn)題?！?/p>
截至目前，崔洪芝已經(jīng)以第一完成人的身份獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和山東省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)；發(fā)表SCI論文260篇，獲發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)60余件?；A(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用“兩條腿走路”，奠定了崔洪芝在我國(guó)極端環(huán)境材料損傷防護(hù)領(lǐng)域的突出地位。
攻克材料性能不過(guò)關(guān)這個(gè)“頑疾”不是一日之功，面臨的困難是常人難以想象的。多少個(gè)技術(shù)攻關(guān)期，崔洪芝都是吃著泡面在實(shí)驗(yàn)室度過(guò)的。由于過(guò)度勞累，她的頸椎、腰椎已經(jīng)長(zhǎng)期勞損。但她說(shuō)：“瞄準(zhǔn)一個(gè)重大難題開(kāi)展科研攻關(guān)的時(shí)候，根本感覺(jué)不到枯燥和勞累，科研就是要有‘板凳甘做十年冷’的毅力和‘不破樓蘭終不還’的決心?！?/p>
以此次獲獎(jiǎng)為新起點(diǎn)，崔洪芝將面向國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展提出的更多需求，以重大項(xiàng)目為牽引，繼續(xù)產(chǎn)出重大成果；同時(shí)，要培養(yǎng)創(chuàng)新人才和團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)，突出辦學(xué)特色，打通人才培養(yǎng)的供給側(cè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求側(cè)。（青島日?qǐng)?bào)/觀海新聞?dòng)浾?耿婷婷）
