中國海洋大學—山東科技大學海洋裝備材料與技術聯(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年度青島市科學技術最高獎
中國海洋大學—山東科技大學海洋裝備材料與技術聯(lián)合研究中心主任崔洪芝：
為重大工程關鍵部件穿上國產(chǎn)“防護服”
截至目前，崔洪芝已經(jīng)以第一完成人的身份獲國家技術發(fā)明二等獎、國家科技進步二等獎、山東省科技進步一等獎和山東省技術發(fā)明一等獎各1項；發(fā)表SCI論文260篇，獲發(fā)明專利授權60余件。
研究成果在相關領域的應用，為裝備安全運行、事故率持續(xù)下降，為關鍵材料實現(xiàn)國產(chǎn)化并走到世界前列作出重要貢獻，累計創(chuàng)造經(jīng)濟效益達60億元。
“材料是工業(yè)之母，是我國工業(yè)領域解決關鍵問題，實現(xiàn)‘彎道超車’的核心?！睅е@樣的使命感，2021年度青島市科學技術最高獎得主、中國海洋大學—山東科技大學海洋裝備材料與技術聯(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、交通等領域，材料服役環(huán)境嚴酷、性能要求嚴苛。崔洪芝的主要工作就是通過開發(fā)新材料、研究新技術、制造新裝備，為這類極端環(huán)境裝備提供更可靠、更安全的材料和表面強化技術，為重大工程關鍵部件穿上了國產(chǎn)“防護服”。
崔洪芝的研究成果在相關領域的應用，為裝備安全運行、事故率持續(xù)下降，為關鍵材料實現(xiàn)國產(chǎn)化并走到世界前列作出重要貢獻，累計創(chuàng)造經(jīng)濟效益達60億元。
填補我國等離子表面強化技術空白
1965年，崔洪芝出生于山東省棲霞市的一個書香門第。作為教師，她的父親有訂閱各類讀物的習慣?！案赣H在紙上、墻面上寫字的時候，我經(jīng)常幫他研墨、提油漆桶?！贝藓橹セ貞?，這樣的成長環(huán)境，讓她對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（前身山東工業(yè)大學）金屬材料及熱處理專業(yè)?！安牧蠈W科是非常重要的基礎學科，決定著很多大型裝備的性能，我國在裝備水平上與國外有較大差距，根本上就是因為材料性能‘不過關’。”時至今日，當年老師在課堂上說的話依舊刻在崔洪芝心里。“我當時就暗暗發(fā)誓，要在材料領域鉆研出成果，應用到國產(chǎn)裝備和工業(yè)領域?！贝藓橹フf。
上世紀90年代初期，國際上對各類材料開展表面強化的“主流”方式是激光處理。但這種方法價格昂貴，一臺進口激光處理設備動輒高達幾百萬元乃至上千萬元。國內(nèi)普遍選擇的電鍍方式雖然價格低，但強化效果差且污染嚴重。能不能開發(fā)一種類似于激光，可以高效地強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化技術。與激光相比，這種技術適應的場景更多，輸出效率可達80%。
當時，全球在等離子束相關領域尚沒有成熟成果可以借鑒，我國在該領域研究成果更是近乎空白，加上科研條件薄弱，對于只有二十五六歲的崔洪芝來說，科研難度不小。為了兼顧水、電、氣以及各項功能，好不容易做出來的“初代”等離子發(fā)生器的體積巨大。為了解決這些問題，崔洪芝日夜忙碌，幾乎“住”到了實驗室。隨著對相關原理的了解越來越清晰，崔洪芝率領團隊攻克了等離子束穩(wěn)定性、可控性、大功率、小型化等技術難題，終于在全球首次開發(fā)了高能等離子束表面冶金強化技術，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，一舉將關鍵部件壽命延長3至5倍，而且成本降低至此前的四分之一，在內(nèi)燃機缸體、缸套領域60%的廠家獲得應用。
自此，崔洪芝為煤炭、石油、化工、冶金等行業(yè)開發(fā)出了“用得起”的技術，相關產(chǎn)品國內(nèi)外市場占比最高接近50%。得益于這項技術，石油機械整筒泵管這類大長徑比部件的壽命由平均不足半年延長至兩年以上，解決了深井開采的高溫腐蝕磨損難題，達到了國際領先水平。崔洪芝也因此獲得2008年度國家科技進步二等獎。
面向?qū)嶋H需求，開發(fā)高性能材料
如果材料本身性能很差，再厲害的技術也無法對其強化。因此，崔洪芝把研究方向轉(zhuǎn)回了材料本身。“材料的不同性能往往存在矛盾關系，例如，耐磨性和耐蝕性、耐蝕性和強韌性都難以在同種材料上并存，這就需要通過成分和結構設計實現(xiàn)材料性能的協(xié)同提升。”她說。
崔洪芝帶領團隊開發(fā)了高通量材料設計和制備技術，發(fā)明了耐磨、耐蝕、高強韌的系列材料。通俗來講，就是通過計算設計、高通量制備及表征技術，制造出多種性能“樣樣都強”的材料。“從1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域取得了多項突破。
科學研究脫離了實際需求就失去了方向，崔洪芝團隊從行業(yè)的實際需求出發(fā)，通過產(chǎn)學研合作，建立起了耐磨蝕材料數(shù)據(jù)庫，開發(fā)出20余種耐磨蝕材料體系，搭建了高通量技術平臺，開發(fā)了激光和等離子復合的高速熔射表面強化技術。如此一來，針對各種工作環(huán)境，崔洪芝都能快速提供“量身定制”的防護方案，延長關鍵部件的使用壽命。
針對高鐵制動盤材料“卡脖子”的技術難題，崔洪芝團隊解決了耐磨和強韌難以并存的難題，為高鐵“定制”了耐磨損、耐疲勞、抗熱震的制動盤，在時速385公里的條件下，該制動盤的使用壽命提高了兩倍以上，為高鐵的高速安全制動提供了材料支撐。
針對煤炭深部開采這類持續(xù)淋水、腐蝕的作業(yè)環(huán)境，崔洪芝通過開發(fā)耐蝕耐磨材料、使用高能束表面冶金強化技術等方式為支護用的大型立柱提供“組合服務”，使支護立柱打壓次數(shù)由2000次提增至16500次，實現(xiàn)了井下5年免維護。產(chǎn)品耐久、密封、溢流等關鍵指標超過國際知名產(chǎn)品，出口海外，形成了我國自主的材料、技術、標準體系。我國煤炭行業(yè)“50強”企業(yè)中，有30家用的是崔洪芝團隊的產(chǎn)品和技術。
崔洪芝團隊主持完成的耐磨蝕抗熱震材料及涂層技術，推廣應用于海工、能源、軌道交通、環(huán)保、冶金、化工等領域，獲2019年度國家技術發(fā)明二等獎。
針對現(xiàn)有的柴油車尾氣過濾技術造成發(fā)動機動力損耗較大的難題，崔洪芝將金屬與陶瓷優(yōu)勢結合，開發(fā)出金屬間化合物過濾體，兼具金屬的高導熱性和陶瓷的耐高溫性、耐蝕性，解決了高過濾效率和高損耗之間的矛盾。該過濾體在使用壽命、顆粒物排放等關鍵指標上優(yōu)于美國和日本產(chǎn)品，實現(xiàn)了國產(chǎn)替代，在國內(nèi)柴油車尾氣后處理市場占比達到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)濟主戰(zhàn)場、國家重大需求 “同頻共振”，以行業(yè)實際需求為牽引，“倒逼”基礎研究創(chuàng)新。在基礎研究和應用技術開發(fā)“并駕齊驅(qū)”的歷程中，給國產(chǎn)關鍵零部件穿上了“量體定做”的“防護衣”，推動我國材料領域走上全球前沿，在產(chǎn)業(yè)化應用中實現(xiàn)國際引領。
如今，崔洪芝團隊產(chǎn)出的材料、技術、設備、工藝已經(jīng)成為多個極端環(huán)境的“標配”。“以前做材料設計都是功能導向、性能導向，研制出新的材料再去找應用場景。”崔洪芝說，“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)動開展材料成分、結構和性能設計，并提供適配的設備和工藝方案，這樣系統(tǒng)地解決問題?！?/p>
截至目前，崔洪芝已經(jīng)以第一完成人的身份獲國家技術發(fā)明二等獎、國家科技進步二等獎、山東省科技進步一等獎和山東省技術發(fā)明一等獎各1項；發(fā)表SCI論文260篇，獲發(fā)明專利授權60余件?；A研究和產(chǎn)業(yè)應用“兩條腿走路”，奠定了崔洪芝在我國極端環(huán)境材料損傷防護領域的突出地位。
攻克材料性能不過關這個“頑疾”不是一日之功，面臨的困難是常人難以想象的。多少個技術攻關期，崔洪芝都是吃著泡面在實驗室度過的。由于過度勞累，她的頸椎、腰椎已經(jīng)長期勞損。但她說：“瞄準一個重大難題開展科研攻關的時候，根本感覺不到枯燥和勞累，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>
以此次獲獎為新起點，崔洪芝將面向國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展提出的更多需求，以重大項目為牽引，繼續(xù)產(chǎn)出重大成果；同時，要培養(yǎng)創(chuàng)新人才和團隊，加強學科建設，突出辦學特色，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)。（青島日報/觀海新聞記者 耿婷婷）
