“金屬醫(yī)生”陳長軍
——記武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院副教授陳長軍博士

本刊記者 康營剛

“金屬醫(yī)生”陳長軍
——記武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院副教授陳長軍博士

本刊記者 康營剛

妙手回春的好“醫(yī)生”

鎂合金是一種以鎂為基加入其他元素組成的合金，憑借密度小、強(qiáng)度高、彈性大、消震性好等眾多優(yōu)良特性而被廣泛應(yīng)用于航空、航天、運(yùn)輸、化工等工業(yè)部門。然而，鎂合金的低耐蝕性，卻限制了其更為廣泛地應(yīng)用。腐蝕往往都是從表面發(fā)生的，因此表面耐蝕性的提高成為鎂合金運(yùn)用中迫切需要解決的問題。在眾多的鎂合金表面改性技術(shù)中，高能微弧火花稀土合金化能顯著提高鎂合金的耐蝕性，但在液體中放電合金化的質(zhì)量轉(zhuǎn)移機(jī)制及放電機(jī)理尚不清楚。

2009年，在國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金的支持下，陳長軍開始“對癥下藥”，展開了“液體中鎂合金表面高能微弧火花改性合金化及耐蝕性研究”，他采用電火花設(shè)備于液體中對鎂合金進(jìn)行表面改性，解決了鎂合金易氧化、燃燒而在空氣中難以合金化的難點(diǎn)。在理論上闡明了液體中放電時(shí)合金化點(diǎn)、合金化層的形成以及質(zhì)量轉(zhuǎn)移機(jī)制。

該項(xiàng)目創(chuàng)新地采用傳統(tǒng)的高能微弧火花設(shè)備在工作液（煤油或蒸餾水）中使用鋁稀土電極或添加鋁稀土粉末將鋁和稀土兩種合金元素熔于鎂合金表面，形成含鋁及少量稀土的表面改性層；研究放電參數(shù)對合金化的影響規(guī)律、合金化層的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和腐蝕性能；探索高能微弧火花合金化的材料轉(zhuǎn)移機(jī)制及電極放電時(shí)等離子體通道在放電爆炸力作用下產(chǎn)生沖擊波的力學(xué)效應(yīng)，通過計(jì)算機(jī)仿真模擬建立微弧火花加工放電模型，揭示合金化時(shí)的放電機(jī)理。該研究對于豐富和完善放電加工合金化的理論體系具有重要意義，鎂合金耐蝕性的大幅提高也將擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

在眾多高科技產(chǎn)品中，若論對材料要求之苛刻，飛機(jī)無疑是其中的突出代表。從發(fā)動(dòng)機(jī)到機(jī)身表面，任何一個(gè)地方都容不得瑕疵。從2004年攻讀博士學(xué)位期間開始，陳長軍就已對飛機(jī)部件材料展開了一系列的研究：

在國家自然科學(xué)基金的資助下，他完成博士論文課題“鎂合金表面激光、高能微弧火花稀土合金化及其耐蝕性”的研究，在國內(nèi)率先解決了國產(chǎn)飛機(jī)、導(dǎo)彈以及進(jìn)口C-27、C-30飛機(jī)上鎂合金部件的鑄造缺陷、裂紋修復(fù)以及尺寸超差和腐蝕坑的修復(fù)強(qiáng)化問題，在理論上闡明了鎂合金表面稀土合金化時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移機(jī)制、合金化層的生長機(jī)制以及合金化層的腐蝕行為特征；在軍事工業(yè)“863”項(xiàng)目支持下，他參與完成“航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片及熱端部件的激光原位無損修復(fù)”研究，針對通常工藝不能焊、難焊、難制造和俄方獨(dú)特工藝要求的葉片與部件創(chuàng)造性發(fā)展了ЖС6У與K24等超高Al+Ti含量難焊高溫合金的修復(fù)工藝，并建立了相應(yīng)的生產(chǎn)加工系統(tǒng)，迄今已成功地修復(fù)了11種關(guān)鍵件，均通過試車考核；他還完成總裝備部預(yù)研項(xiàng)目“渦輪葉片氣膜孔激光高效優(yōu)質(zhì)加工技術(shù)研究”，主要針對單晶、鎳鋁金屬間化合物、定向凝固合金等渦輪葉片激光加工氣膜孔進(jìn)行后續(xù)處理，處理的小孔無再鑄層、無微裂紋；參與完成軍品配套研制項(xiàng)目“航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片氣膜孔再鑄層化學(xué)研磨溶劑及快速高效清除工藝研究”，旨在研究發(fā)展三種鎳基高溫合金葉片上激光/電火花打孔時(shí)所形成的再鑄層的化學(xué)研磨除去的工藝方法。研究成果使再鑄層清除徹底高效，可保證葉片基體不受損傷。該成果已成為當(dāng)今葉片制孔的新技術(shù)，2005年在西安裝入新機(jī)進(jìn)行試飛，至今運(yùn)行良好。

氧會(huì)導(dǎo)致金屬生成氧化膜，并由此導(dǎo)致合金的性能變壞。傳統(tǒng)理論也認(rèn)為氧會(huì)與鈦反應(yīng)生成不同化合價(jià)的氧化物，因此氧一直在工程領(lǐng)域處于需要防止存在的地位。然而俄羅斯在其新型戰(zhàn)機(jī)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中卻使用了氧含量比較高的鈦合金，但對于工藝卻秘而不宣。為了使我國的新型戰(zhàn)機(jī)也能使用上具有這種特殊性能要求的鈦合金，2009年10月，陳長軍開始勇闖禁區(qū)，在航空科學(xué)基金的資助下開展了鈦合金的滲氧強(qiáng)化研究，力求變氧害為氧利，利用氧來強(qiáng)化鈦合金，為新型飛機(jī)中鈦合金的研制提供支持。

與此同時(shí)，目前世界先進(jìn)發(fā)達(dá)國家均采用激光熔覆的辦法延長飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，為了緊跟時(shí)代步伐，陳長軍也開展“鎳基高溫合金表面激光熔敷制備防護(hù)涂層的研究”，針對國產(chǎn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上K403合金服役到期的葉片進(jìn)行熔覆研究，力求使飛機(jī)重返藍(lán)天，煥發(fā)二次青春。

醫(yī)術(shù)高明者，能治百病。

作為“金屬醫(yī)生”的陳長軍，在高溫合金和軋輥等高附加值部件的表面激光熔覆修復(fù)與強(qiáng)化、鈦合金表面滲氧強(qiáng)化、高能微弧火花合金化、鎂/鋁/鈦/高溫合金等特殊用途金屬材料的表面處理及焊接研究方面均有頗深的研究積淀。

他作為第一負(fù)責(zé)人開展的“輥壓機(jī)表面耐磨層的激光熔敷再制造”研究，就是針對目前水泥行業(yè)的輥壓機(jī)表面的耐磨層幾乎被德國KHD公司進(jìn)口的焊絲進(jìn)行堆焊耐磨層所壟斷的局面而開展的。除此以外，他還開展了湖北省教育廳優(yōu)秀中青年科技計(jì)劃“鎂合金表面激光熔敷制備納米陶瓷涂層”、GE公司的橫向課題“In718合金表面制備NiCrAl（Y）涂層的開發(fā)研究”、海軍修理廠項(xiàng)目“海軍凸輪軸鍵槽損傷區(qū)域的無損修復(fù)”、鄂州重型公司“水平活塞桿缺陷的修復(fù)”等一系列項(xiàng)目的研究。

將“金屬治療”發(fā)揚(yáng)光大

電火花加工技術(shù)自1940年開始應(yīng)用以來，在機(jī)械加工中的應(yīng)用日益廣泛，尤其是近年來電火花加工的技術(shù)研究發(fā)展成為一個(gè)新的熱點(diǎn)，這是因?yàn)殡娀鸹庸げ粌H依然保持著傳統(tǒng)電火花加工的優(yōu)點(diǎn)。2000年之后，電火花表面強(qiáng)化與修復(fù)的研究獲得了迅速的發(fā)展并得到了較為廣泛的應(yīng)用，還呈現(xiàn)出新的生長點(diǎn)，如電火花鏡面加工、電火花銑削等。

盡管如此，陳長軍卻發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)在這方面的理論總結(jié)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上時(shí)代發(fā)展的步伐，關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的專著，國內(nèi)僅有一本，還是1981年出版的，主要內(nèi)容是介紹俄羅斯在這一領(lǐng)域的研究成果。面對著這近30年的理論空白，陳長軍做了一個(gè)決定：將近年在該領(lǐng)域的最新科研成果總結(jié)成書，以饗后人。如今，新書已經(jīng)出版，全書共分十章，重點(diǎn)介紹電火花表面強(qiáng)化的基本理論和電火花表面強(qiáng)化加工的實(shí)際應(yīng)用。在書中，他將自己曾主持和參與的“高能微弧火花作用下鎂合金表面稀土合金化研究”、“液體中高能微弧火花改性合金化及耐蝕性研究”以及“高能微弧火花外延沉積制備定向凝固MCrAlY涂層及其性能研究”三個(gè)國家基金資助項(xiàng)目所取得的大部分科研成果作了系統(tǒng)地總結(jié)。

今天的陳長軍，經(jīng)常收到來自國內(nèi)外的各種學(xué)術(shù)邀請，而他也樂意奔走，從而使自己多年的經(jīng)驗(yàn)、領(lǐng)域內(nèi)最新的進(jìn)展和應(yīng)用得到廣泛傳播，使“金屬治療”的技術(shù)得以發(fā)揚(yáng)光大。

專家簡介：陳長軍,博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。2000年本科畢業(yè)于東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院有色金屬冶金專業(yè)，2001-2006年在中國科學(xué)院金屬研究所完成碩博連讀，2007年以來任武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院副教授，參與組建了武科大-楚天激光聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、武科大-青島中發(fā)激光聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和激光加工研究室，2009年獲校教學(xué)優(yōu)秀二等獎(jiǎng)、科技新秀第一名，參編教材2部，發(fā)表著作1部，以第一作者身份發(fā)表論文40多篇，其中SCI收錄10篇，EI收錄30多篇。兼任中國宇航學(xué)會(huì)光電技術(shù)委員會(huì)委員、光學(xué)學(xué)會(huì)激光加工委員會(huì)委員，湖北暨武漢激光學(xué)會(huì)理事。醫(yī)生是一個(gè)神圣的職業(yè)，一名懸壺濟(jì)世的好醫(yī)生，往往能夠?yàn)榛颊邘砀Ｒ?。扁鵲、華佗、孫思邈、李時(shí)珍等，正是憑借精湛醫(yī)技和高尚醫(yī)德，被老百姓奉為神明。如今，在材料與冶金領(lǐng)域，也同樣有一些人，他們善于診斷和治療金屬身上的“疾病”，使金屬材料更加“健康”或重新煥發(fā)“青春活力”。武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院副教授陳長軍博士，就是這樣一位醫(yī)技精湛的“金屬醫(yī)生”。