“金属医生”陈长军——记武汉科技大学材料与冶金学院副教授陈长军博士

本刊记者 康营刚

“金属医生”陈长军
——记武汉科技大学材料与冶金学院副教授陈长军博士

本刊记者 康营刚

妙手回春的好“医生”

镁合金是一种以镁为基加入其他元素组成的合金，凭借密度小、强度高、弹性大、消震性好等众多优良特性而被广泛应用于航空、航天、运输、化工等工业部门。然而，镁合金的低耐蚀性，却限制了其更为广泛地应用。腐蚀往往都是从表面发生的，因此表面耐蚀性的提高成为镁合金运用中迫切需要解决的问题。在众多的镁合金表面改性技术中，高能微弧火花稀土合金化能显著提高镁合金的耐蚀性，但在液体中放电合金化的质量转移机制及放电机理尚不清楚。

2009年，在国家自然科学基金青年科学基金的支持下，陈长军开始“对症下药”，展开了“液体中镁合金表面高能微弧火花改性合金化及耐蚀性研究”，他采用电火花设备于液体中对镁合金进行表面改性，解决了镁合金易氧化、燃烧而在空气中难以合金化的难点。在理论上阐明了液体中放电时合金化点、合金化层的形成以及质量转移机制。

该项目创新地采用传统的高能微弧火花设备在工作液（煤油或蒸馏水）中使用铝稀土电极或添加铝稀土粉末将铝和稀土两种合金元素熔于镁合金表面，形成含铝及少量稀土的表面改性层；研究放电参数对合金化的影响规律、合金化层的组织结构特点和腐蚀性能；探索高能微弧火花合金化的材料转移机制及电极放电时等离子体通道在放电爆炸力作用下产生冲击波的力学效应，通过计算机仿真模拟建立微弧火花加工放电模型，揭示合金化时的放电机理。该研究对于丰富和完善放电加工合金化的理论体系具有重要意义，镁合金耐蚀性的大幅提高也将扩大其应用范围。

在众多高科技产品中，若论对材料要求之苛刻，飞机无疑是其中的突出代表。从发动机到机身表面，任何一个地方都容不得瑕疵。从2004年攻读博士学位期间开始，陈长军就已对飞机部件材料展开了一系列的研究：

在国家自然科学基金的资助下，他完成博士论文课题“镁合金表面激光、高能微弧火花稀土合金化及其耐蚀性”的研究，在国内率先解决了国产飞机、导弹以及进口C-27、C-30飞机上镁合金部件的铸造缺陷、裂纹修复以及尺寸超差和腐蚀坑的修复强化问题，在理论上阐明了镁合金表面稀土合金化时的质量转移机制、合金化层的生长机制以及合金化层的腐蚀行为特征；在军事工业“863”项目支持下，他参与完成“航空发动机叶片及热端部件的激光原位无损修复”研究，针对通常工艺不能焊、难焊、难制造和俄方独特工艺要求的叶片与部件创造性发展了ЖС6У与K24等超高Al+Ti含量难焊高温合金的修复工艺，并建立了相应的生产加工系统，迄今已成功地修复了11种关键件，均通过试车考核；他还完成总装备部预研项目“涡轮叶片气膜孔激光高效优质加工技术研究”，主要针对单晶、镍铝金属间化合物、定向凝固合金等涡轮叶片激光加工气膜孔进行后续处理，处理的小孔无再铸层、无微裂纹；参与完成军品配套研制项目“航空发动机涡轮叶片气膜孔再铸层化学研磨溶剂及快速高效清除工艺研究”，旨在研究发展三种镍基高温合金叶片上激光/电火花打孔时所形成的再铸层的化学研磨除去的工艺方法。研究成果使再铸层清除彻底高效，可保证叶片基体不受损伤。该成果已成为当今叶片制孔的新技术，2005年在西安装入新机进行试飞，至今运行良好。

氧会导致金属生成氧化膜，并由此导致合金的性能变坏。传统理论也认为氧会与钛反应生成不同化合价的氧化物，因此氧一直在工程领域处于需要防止存在的地位。然而俄罗斯在其新型战机的飞机发动机中却使用了氧含量比较高的钛合金，但对于工艺却秘而不宣。为了使我国的新型战机也能使用上具有这种特殊性能要求的钛合金，2009年10月，陈长军开始勇闯禁区，在航空科学基金的资助下开展了钛合金的渗氧强化研究，力求变氧害为氧利，利用氧来强化钛合金，为新型飞机中钛合金的研制提供支持。

与此同时，目前世界先进发达国家均采用激光熔覆的办法延长飞机发动机的使用寿命，为了紧跟时代步伐，陈长军也开展“镍基高温合金表面激光熔敷制备防护涂层的研究”，针对国产飞机发动机上K403合金服役到期的叶片进行熔覆研究，力求使飞机重返蓝天，焕发二次青春。

医术高明者，能治百病。

作为“金属医生”的陈长军，在高温合金和轧辊等高附加值部件的表面激光熔覆修复与强化、钛合金表面渗氧强化、高能微弧火花合金化、镁/铝/钛/高温合金等特殊用途金属材料的表面处理及焊接研究方面均有颇深的研究积淀。

他作为第一负责人开展的“辊压机表面耐磨层的激光熔敷再制造”研究，就是针对目前水泥行业的辊压机表面的耐磨层几乎被德国KHD公司进口的焊丝进行堆焊耐磨层所垄断的局面而开展的。除此以外，他还开展了湖北省教育厅优秀中青年科技计划“镁合金表面激光熔敷制备纳米陶瓷涂层”、GE公司的横向课题“In718合金表面制备NiCrAl（Y）涂层的开发研究”、海军修理厂项目“海军凸轮轴键槽损伤区域的无损修复”、鄂州重型公司“水平活塞杆缺陷的修复”等一系列项目的研究。

将“金属治疗”发扬光大

电火花加工技术自1940年开始应用以来，在机械加工中的应用日益广泛，尤其是近年来电火花加工的技术研究发展成为一个新的热点，这是因为电火花加工不仅依然保持着传统电火花加工的优点。2000年之后，电火花表面强化与修复的研究获得了迅速的发展并得到了较为广泛的应用，还呈现出新的生长点，如电火花镜面加工、电火花铣削等。

尽管如此，陈长军却发现，国内在这方面的理论总结却远远跟不上时代发展的步伐，关于这项技术的专著，国内仅有一本，还是1981年出版的，主要内容是介绍俄罗斯在这一领域的研究成果。面对着这近30年的理论空白，陈长军做了一个决定：将近年在该领域的最新科研成果总结成书，以飨后人。如今，新书已经出版，全书共分十章，重点介绍电火花表面强化的基本理论和电火花表面强化加工的实际应用。在书中，他将自己曾主持和参与的“高能微弧火花作用下镁合金表面稀土合金化研究”、“液体中高能微弧火花改性合金化及耐蚀性研究”以及“高能微弧火花外延沉积制备定向凝固MCrAlY涂层及其性能研究”三个国家基金资助项目所取得的大部分科研成果作了系统地总结。

今天的陈长军，经常收到来自国内外的各种学术邀请，而他也乐意奔走，从而使自己多年的经验、领域内最新的进展和应用得到广泛传播，使“金属治疗”的技术得以发扬光大。

专家简介：陈长军,博士，副教授，硕士生导师。2000年本科毕业于东北大学材料与冶金学院有色金属冶金专业，2001-2006年在中国科学院金属研究所完成硕博连读，2007年以来任武汉科技大学材料与冶金学院副教授，参与组建了武科大-楚天激光联合实验室、武科大-青岛中发激光联合实验室和激光加工研究室，2009年获校教学优秀二等奖、科技新秀第一名，参编教材2部，发表著作1部，以第一作者身份发表论文40多篇，其中SCI收录10篇，EI收录30多篇。兼任中国宇航学会光电技术委员会委员、光学学会激光加工委员会委员，湖北暨武汉激光学会理事。医生是一个神圣的职业，一名悬壶济世的好医生，往往能够为患者带来福音。扁鹊、华佗、孙思邈、李时珍等，正是凭借精湛医技和高尚医德，被老百姓奉为神明。如今，在材料与冶金领域，也同样有一些人，他们善于诊断和治疗金属身上的“疾病”，使金属材料更加“健康”或重新焕发“青春活力”。武汉科技大学材料与冶金学院副教授陈长军博士，就是这样一位医技精湛的“金属医生”。