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“材料是工業之母，是我國工業領域解決關鍵問題，實現‘彎道超車’的核心。”帶著這樣的使命感，2021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、軍工等領域，材料服役環境嚴酷、性能要求嚴苛。而崔洪芝的主要工作，就是通過開發新材料、研究新技術、制造新裝備，為這類極端環境裝備提供更可靠、更安全的材料和表面強化技術，為關鍵部件穿上了國產“防護服”。

崔洪芝的成果在相關領域應用，為裝備安全運行、事故率持續下降，為關鍵材料實現國產化并走到世界前列作出了重要貢獻，累計創造經濟效益達60億元。

【資料圖】

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。作為教師的父親有訂閱各類讀物的習慣，崔洪芝的童年是與《新青年》等期刊和各類書籍相伴度過的。在她的回憶中，父親經常幫人寫信、寫對聯、寫宣傳材料等。“父親在紙上、墻面上寫字的時候，我經常幫他研墨、提油漆桶。”崔洪芝回憶道。這樣的成長環境，讓崔洪芝對求知、求學有一種天然的熱情與向往。她說：“耳濡目染之下，走上科研道路是水到渠成的選擇。”

1982年，高考入學率僅有約17%，崔洪芝考入了山東大學（前身山東工業大學）金屬材料及熱處理專業。雖然進入這個專業是被調劑的，但開學第一堂課之后，這種“被動”選擇在崔洪芝心里就轉換成了“內生動力”。

“材料學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’。”即使到今天，當時老師在課堂說的話依舊刻在崔洪芝心里。“我當時就暗暗發誓，要在材料領域鉆研出成果，應用到國產裝備和工業領域。”崔洪芝說。

研究生畢業后，崔洪芝進入高校工作，在化工、礦山、冶金、內燃機等領域調研時，經常看到因為材料性能不過關造成的停工、停產和大量的材料浪費的現象，甚至有時會引起突發安全事故。

上世紀90年代初期，國際上對各類材料進行表面強化的“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。能不能開發一種類似于激光的可以高效地強化材料表面性能的新工藝，兼具高效率和實用性？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。“早期的等離子發生器的圖紙有幾十張，經常是送到企業加工時就被否定了，因為很多結構就像‘紙上談兵’，沒辦法加工出來。”在崔洪芝的回憶中，各種各樣的困難很多。

為了兼顧水、電、氣以及各項功能，好不容易做出來的“初代”等離子發生器的體積巨大，崔洪芝一個人甚至抱不動。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、冶金等行業開發出了“用得起”的技術，相關產品國內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至2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。

這項為相關行業帶來“革命性”改變的技術，讓崔洪芝以第一完成人的身份獲得2008年度國家科技進步二等獎。

面向實際需求，開發高性能材料

如果材料本身性能很差，再厲害的技術也無法對其進行強化。因此，崔洪芝把研究方向轉回了材料本身。“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材料性能的協同提升。”她說。

直面我國材料性能要求多樣化的難題，崔洪芝帶領團隊建立了材料多種性能協同提升原則，開發了高通量材料設計和制備技術，發明了耐磨、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金屬材料、能源材料、高性能材料、極端環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，崔洪芝團隊從行業的實際需求出發，通過產學研合作，建立起了耐磨蝕材料數據庫，開發出20余種耐磨蝕材料體系，搭建了高通量技術平臺，開發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2倍以上，為高鐵的高速安全制動提供了材料支撐。

在煤炭深部開采這類持續淋水、腐蝕的作業環境中，支護用的大型立柱需要更加“精心”的防護。崔洪芝通過開發耐蝕耐磨材料、使用高能束表面冶金強化技術等方式提供“組合服務”，使支護立柱打壓次數由2000次提增至16500次，實現了井下5年免維護。產品耐久、密封、溢流等關鍵指標超過國際知名產品，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“50強”企業中，有30家用的是崔洪芝團隊的產品和技術。

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、環保、冶金、化工等領域，獲2019年度國家技術發明二等獎。

針對現有的柴油車尾氣過濾技術造成發動機動力損耗較大的難題，崔洪芝將金屬與陶瓷優勢結合，開發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，實現了過濾體的功能升級，解決了高過濾效率和高損耗之間的矛盾。與傳統過濾體不足30萬公里的壽命相比，該過濾體壽命超過國六標準規定的70萬公里耐久性，顆粒物排放遠低于限值，關鍵指標優于美國和日本產品，實現了國產替代，在國內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、經濟主戰場、國家重大需求 “同頻共振”，以行業實際需求為牽引，“倒逼”基礎研究創新。在基礎研究和應用技術開發“并駕齊驅”的歷程中，給國產關鍵零部件穿上了“量體定做”的“防護衣”，推動我國材料領域走上了全球前沿，在產業化應用中實現了國際引領。

現在，崔洪芝團隊產出的材料、技術、設備、工藝已經成為多個極端環境的“標配”。產業化之路如此順暢，是因為崔洪芝從不在實驗室搞“空中樓閣”式的研究，而是把科研“寫在”極端環境的應用需求中。

“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，“我們轉換思路，先了解極端環境需要什么材料、什么性能，以需求驅動進行材料成分、結構和性能設計，并提供適配的設備和工藝方案，這樣系統地解決問題。”

截至目前，崔洪芝已經以第一完成人的身份獲國家技術發明二等獎、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明一等獎各1項；發表SCI論文260篇，獲發明專利授權60余件。基礎研究和產業應用“兩條腿走路”，奠定了崔洪芝在我國極端環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，期間的困難常人難以想象。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、腰椎已經長期勞損。對此，崔洪芝甘之如飴，她說：“瞄準一個重大難題進行科研攻關的時候，根本感覺不到枯燥和勞累，科研就是要有‘板凳敢做十年冷’的毅力和‘不破樓蘭終不還’的決心。”

以此次獲獎為新的起點，崔洪芝將面向國家戰略性新興產業迅速發展提出的更多需求，以重大項目為牽引，繼續產出重大成果；同時，要培養創新人才和團隊，加強學科建設，突出辦學特色，打通人才培養的供給側和產業發展的需求側。

“新材料是各行業賴以發展的基石和先導，是國家強盛之基、安全之要。”崔洪芝說，“要推動創新鏈、人才鏈、學科鏈、產業鏈協調發展，為推動我國材料事業再攀高峰而努力。”（青島日報/觀海新聞記者 耿婷婷）

責任編輯：程雪涵

（作者：耿婷婷)