“金屬醫生”陳長軍
——記武漢科技大學材料與冶金學院副教授陳長軍博士

本刊記者 康營剛

“金屬醫生”陳長軍
——記武漢科技大學材料與冶金學院副教授陳長軍博士

本刊記者 康營剛

妙手回春的好“醫生”

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、強度高、彈性大、消震性好等眾多優良特性而被廣泛應用于航空、航天、運輸、化工等工業部門。然而，鎂合金的低耐蝕性，卻限制了其更為廣泛地應用。腐蝕往往都是從表面發生的，因此表面耐蝕性的提高成為鎂合金運用中迫切需要解決的問題。在眾多的鎂合金表面改性技術中，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量轉移機制及放電機理尚不清楚。

2009年，在國家自然科學基金青年科學基金的支持下，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”，他采用電火花設備于液體中對鎂合金進行表面改性，解決了鎂合金易氧化、燃燒而在空氣中難以合金化的難點。在理論上闡明了液體中放電時合金化點、合金化層的形成以及質量轉移機制。

該項目創新地采用傳統的高能微弧火花設備在工作液（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；研究放電參數對合金化的影響規律、合金化層的組織結構特點和腐蝕性能；探索高能微弧火花合金化的材料轉移機制及電極放電時等離子體通道在放電爆炸力作用下產生沖擊波的力學效應，通過計算機仿真模擬建立微弧火花加工放電模型，揭示合金化時的放電機理。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大其應用范圍。

在眾多高科技產品中，若論對材料要求之苛刻，飛機無疑是其中的突出代表。從發動機到機身表面，任何一個地方都容不得瑕疵。從2004年攻讀博士學位期間開始，陳長軍就已對飛機部件材料展開了一系列的研究：

在國家自然科學基金的資助下，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，在國內率先解決了國產飛機、導彈以及進口C-27、C-30飛機上鎂合金部件的鑄造缺陷、裂紋修復以及尺寸超差和腐蝕坑的修復強化問題，在理論上闡明了鎂合金表面稀土合金化時的質量轉移機制、合金化層的生長機制以及合金化層的腐蝕行為特征；在軍事工業“863”項目支持下，他參與完成“航空發動機葉片及熱端部件的激光原位無損修復”研究，針對通常工藝不能焊、難焊、難制造和俄方獨特工藝要求的葉片與部件創造性發展了ЖС6У與K24等超高Al+Ti含量難焊高溫合金的修復工藝，并建立了相應的生產加工系統，迄今已成功地修復了11種關鍵件，均通過試車考核；他還完成總裝備部預研項目“渦輪葉片氣膜孔激光高效優質加工技術研究”，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行后續處理，處理的小孔無再鑄層、無微裂紋；參與完成軍品配套研制項目“航空發動機渦輪葉片氣膜孔再鑄層化學研磨溶劑及快速高效清除工藝研究”，旨在研究發展三種鎳基高溫合金葉片上激光/電火花打孔時所形成的再鑄層的化學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。該成果已成為當今葉片制孔的新技術，2005年在西安裝入新機進行試飛，至今運行良好。

氧會導致金屬生成氧化膜，并由此導致合金的性能變壞。傳統理論也認為氧會與鈦反應生成不同化合價的氧化物，因此氧一直在工程領域處于需要防止存在的地位。然而俄羅斯在其新型戰機的飛機發動機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機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，在航空科學基金的資助下開展了鈦合金的滲氧強化研究，力求變氧害為氧利，利用氧來強化鈦合金，為新型飛機中鈦合金的研制提供支持。

與此同時，目前世界先進發達國家均采用激光熔覆的辦法延長飛機發動機的使用壽命，為了緊跟時代步伐，陳長軍也開展“鎳基高溫合金表面激光熔敷制備防護涂層的研究”，針對國產飛機發動機上K403合金服役到期的葉片進行熔覆研究，力求使飛機重返藍天，煥發二次青春。

醫術高明者，能治百病。

作為“金屬醫生”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與強化、鈦合金表面滲氧強化、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。

他作為第一負責人開展的“輥壓機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的輥壓機表面的耐磨層幾乎被德國KHD公司進口的焊絲進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秀中青年科技計劃“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）涂層的開發研究”、海軍修理廠項目“海軍凸輪軸鍵槽損傷區域的無損修復”、鄂州重型公司“水平活塞桿缺陷的修復”等一系列項目的研究。

將“金屬治療”發揚光大

電火花加工技術自1940年開始應用以來，在機械加工中的應用日益廣泛，尤其是近年來電火花加工的技術研究發展成為一個新的熱點，這是因為電火花加工不僅依然保持著傳統電火花加工的優點。2000年之后，電火花表面強化與修復的研究獲得了迅速的發展并得到了較為廣泛的應用，還呈現出新的生長點，如電火花鏡面加工、電火花銑削等。

盡管如此，陳長軍卻發現，國內在這方面的理論總結卻遠遠跟不上時代發展的步伐，關于這項技術的專著，國內僅有一本，還是1981年出版的，主要內容是介紹俄羅斯在這一領域的研究成果。面對著這近30年的理論空白，陳長軍做了一個決定：將近年在該領域的最新科研成果總結成書，以饗后人。如今，新書已經出版，全書共分十章，重點介紹電火花表面強化的基本理論和電火花表面強化加工的實際應用。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”三個國家基金資助項目所取得的大部分科研成果作了系統地總結。

今天的陳長軍，經常收到來自國內外的各種學術邀請，而他也樂意奔走，從而使自己多年的經驗、領域內最新的進展和應用得到廣泛傳播，使“金屬治療”的技術得以發揚光大。

專家簡介：陳長軍,博士，副教授，碩士生導師。2000年本科畢業于東北大學材料與冶金學院有色金屬冶金專業，2001-2006年在中國科學院金屬研究所完成碩博連讀，2007年以來任武漢科技大學材料與冶金學院副教授，參與組建了武科大-楚天激光聯合實驗室、武科大-青島中發激光聯合實驗室和激光加工研究室，2009年獲校教學優秀二等獎、科技新秀第一名，參編教材2部，發表著作1部，以第一作者身份發表論文40多篇，其中SCI收錄10篇，EI收錄30多篇。兼任中國宇航學會光電技術委員會委員、光學學會激光加工委員會委員，湖北暨武漢激光學會理事。醫生是一個神圣的職業，一名懸壺濟世的好醫生，往往能夠為患者帶來福音。扁鵲、華佗、孫思邈、李時珍等，正是憑借精湛醫技和高尚醫德，被老百姓奉為神明。如今，在材料與冶金領域，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“青春活力”。武漢科技大學材料與冶金學院副教授陳長軍博士，就是這樣一位醫技精湛的“金屬醫生”。