蔣少松：“塑”造未來

申 娜

隨著全球國防科技工業的快速發展，對先進航空航天飛行器高強度、輕質化、長壽命和耐高溫等結構的要求越來越高，各國紛紛大力開發高性能輕量化結構，其中對空間飛行器重量的“敏感度”已進入“克克計較”的時代。有一句廣為流傳的話：“衛星重量減少一克，等于節約了一克黃金！”這意味著輕量化整體構件成形技術在航空裝備制造中的地位和作用越來越突出。

來自哈爾濱工業大學材料科學與工程學院的研究員蔣少松多年來針對航空航天領域減重的迫切需求，開展新型超輕及輕合金超塑性變形理論研究，在輕量化結構超塑成形/連接一體化協調變形機理研究等方面收獲了諸多創新成就。

在“中國制造2025”行動綱領的指導下，中國正在從制造大國升級為制造強國。其中航空航天產業的發展程度，最能體現和檢驗一國制造工藝和制造水平。能為我國重點型號飛行器研制與批產作出自己的貢獻，是蔣少松過去、現在以及未來永恒的理想與目標。

蔣少松

走入處處皆材料的世界

1996年，蔣少松考入哈爾濱工業大學材料科學與工程學院焊接專業，拉開了自己與材料結緣的序幕。談到當初的選擇，蔣少松說：“放眼望去，我們的生活環境里到處都是材料，有木頭的、金屬的、塑料的、陶瓷的，我就覺得材料的涉及面非常廣，所以產生了不小的興趣，想更加深入地去了解材料。”彼時，蔣少松還不知道，在不久后的將來，他會與航空航天領域產生千絲萬縷的聯系。

進入大學后，蔣少松開始學習各種各樣的材料方面的知識。什么是金屬？它為什么是金屬？為什么金屬能發光？為什么金屬具有延展性？為什么金屬能變形而陶瓷不能……這些基礎的知識，蔣少松學得津津有味。4年的時間里，蔣少松掌握了豐富的知識，他對材料的認識深刻了很多，但同時他也意識到自己還有很多的不足，他要繼續向下一個階段邁進。

2001年的秋天，蔣少松成為哈爾濱工業大學的碩士研究生。同年，蔣少松進入了導師張凱鋒教授的課題組。他跟隨導師的研究方向，主攻AZ31鎂合金的熱拉深性能研究。通過這段時間的研究，蔣少松發現鎂合金板材可在高溫下一次拉深成形相當復雜的工件，具有諸多優點：成形時間短，成形后工件尺寸偏差比冷成形的小得多，力學性能也不會下降。“當時我們拉出了一個國內甚至是國際上的大高徑比的鎂合金工件。”蔣少松頗為自豪地說。也正是由于長時間地對鎂合金進行拉深變形，讓他對變形方法有了更多的認識：變形方法是一種非常重要的方法，是很有可能突破現有材料，創新新材料的方法。后續，蔣少松繼續跟隨張凱鋒教授攻讀博士學位，開始了鈦合金超塑成形精度控制的研究。“我讀博士的時候，跟著老師參與國家課題的研究工作，主要接觸的都是航天方面的項目。”

航天方面的項目，大多都涉及最終的生產制造。一個新的飛行器被設計出來之后，并不能馬上投入生產，而是需要經過多方的調研，確定是否能制造出來。哈爾濱工業大學在這方面有著豐富的經驗和優秀的學術水平，承擔了許多航天方面的研究課題，而蔣少松的工作用一句話概括，就是把原材料變成復雜形狀的零件。

話說起來很容易，但是縱觀現在各種零件的造型已經不像以前那么簡單，所以一旦零件變得復雜，材料成形的難度就會加大，成形的方法也需要及時更新。蔣少松主要負責研究的是航空航天領域的輕量化零件，在他讀博的6年時間里，至少有一半時間是在工廠的車間度過的，他積累了大量的材料成形研究知識和經驗。龐大繁雜的項目任務、精確的時間節點、嚴謹細致的零件生產，也成為他這段時間里最深刻的回憶。

2009的春天，蔣少松順利取得博士學位，這是他在哈爾濱工業大學的第13個年頭。出于對科學研究的熱愛，蔣少松選擇了繼續留校任教，并同步開始了先進材料超塑成形理論、裝備和應用技術的研究。也是從這個時候開始，國家每5年的重大規劃成為蔣少松最關注的事情：了解其中材料的需求，開始計劃自己能做什么，一步一步跟著國家的需求開展自己的研究……雖然如今身份發生了變化，他從當年的青澀學生成為獨當一面的研究員，但為國家貢獻力量的初衷卻始終沒有改變。

革新材料成形

蔣少松從博士開始就確定了今后的研究方向——先進材料超塑成形理論、裝備和應用技術研究。什么是超塑成形呢？在中國古代民間的“吹糖人”藝術，小販們用嘴把柔軟的糖稀吹出千奇百怪的形狀，讓人為之驚嘆。這種能夠延展出各種形狀的特性，在材料學領域被稱為“超塑性”，可以說這是超塑成形的最早應用。

1920年，金屬的超塑性被法國人羅森漢發現，Zn-4Cu-7Al合金在低速彎曲時可以彎曲近180°而不出現裂紋，與普通晶體材料大不相同。40多年后，他在一篇具有劃時代意義的文章《Zn-Al合金超塑性》中寫道：“沒有什么比能夠將聚合物和玻璃成形技術應用到金屬中進行成形而更使人驚嘆的事情了。”金屬超塑成形的序幕從此揭開。

100年后的今天，超塑成形技術最廣泛的應用，是與擴散連接技術組合而成的超塑成形/擴散連接（SPF/DB）組合工藝技術——利用金屬材料在一個溫度區間內兼具超塑性與擴散連接性的特點，一次成形出帶有空間夾層結構的整體構件。中國從20世紀70年代開始進行SPF/DB的基礎性研究，先后開展典型結構件研制、模具選材實驗、性能測試、質量控制和檢測等研究工作，在國內開展超塑成形工藝研究和應用的單位主要包括北京航空制造工程研究所、哈爾濱工業大學、西北工業大學等。經過近50年的努力，我國SPF/DB的運用達到了一定的規模。在軍民兩用方面，使用超塑成形/擴散連接構件越來越多，構件的尺寸也越來越大，構件的結構也從單層、兩層到復雜的三層、四層、五層結構等。尤其在航空航天領域得到廣泛應用，獲得良好的技術經濟效益。

隨著我國航空航天技術的深入發展，新一代高新裝備進一步提高馬赫數和增加飛行距離，在耐高溫輕質材料與輕量化結構的雙重減重方面提出了更高要求。在此背景下，以O相為基的新型Ti2AlNb合金在航空航天領域受到廣泛重視，因其不僅具有優良的高溫性能，可在700℃～800℃范圍內長時間使用，而且密度遠低于鎳基高溫合金，是高溫合金和鈦合金較為理想的替代材料，已成為目前最具潛力的航空航天高溫結構材料之一。但目前Ti2AlNb合金的難成形性和變形協調性差等問題導致傳統制造方法難以滿足薄壁復雜構件成形要求，限制了Ti2AlNb合金的廣泛應用。

為此，蔣少松申請到了國家自然科學基金面上項目“電流輔助Ti2AlNb合金多位加載柔性介質拉/脹復合超塑變形機制及電致多重效應研究”，開展相應研究。“我提出的電流輔助Ti2AlNb合金多位加載柔性介質拉/脹復合超塑成形技術，是一種可以控制板材變形順序，法/切向力共同作用下的快速超塑成形新方法。”據蔣少松介紹，他通過電流的“焦耳熱效應”和“電致多重效應”促進Ti2AlNb合金超塑性變形能力，通過固體柔性介質與板料間的摩擦特性在脹形基礎上增加拉深變形（補料行為），并采用多位加載控制變形順序（避免“愈薄愈變”現象），從而提高超塑變形速度和組織性能，屬于材料性能提高和成形技術優化的雙重創新。

除此之外，蔣少松還對Ti2A1Nb鏤空結構展開了相應的研究，首次提出采用預制排列空位超塑成形的方法制造平面和曲面鏤空結構。“現有塑性成形坯料均為完整板材或管材，所以這次采用預制空位板材進行復雜型面塑性成形，是一種新的塑性成形理念。我們引入的電流進行鏤空結構高效率制造也是全新的方法，可突破金屬間化合物薄壁復雜構件的難加工瓶頸，可解決難變形材料成形性能與使用性能的倒置問題。”蔣少松解釋道。

值得一提的是，蔣少松的不少研究成果已在我國關鍵型號主要結構件成形中獲得應用。他自主開發的新型超塑成形/激光連接一體化協調變形技術，實現部件減重30%。蔣少松自主開發的另一項超塑成形隨溫隨動金雙層中空結構一體化成形技術已成功應用于某先進飛行器。有了這些實際落地的研究成果，蔣少松有信心在新型超輕及輕合金超塑性變形理論研究方向上做得更好，走得更遠。

面對未來新的思考

2020年，蔣少松申請的“基于預制空位的Ti2AlNb鏤空結構電流輔助超塑變形機制研究”獲得黑龍江省自然科學基金“杰出青年”項目。豐碩的成果和榮譽沒有使蔣少松的腳步停下，他始終關注著我國“制造2025”行動綱領的目標，帶領團隊積極響應，將目光聚焦于高溫鈦合金、高強鋁合金、耐熱高強鎂合金復雜薄壁中空輕量化結構成形的相關研究與利用，力求為我國的輕量化整體結構設計制造水平貢獻自己的一份力量。

另外，身為哈爾濱工業大學的博士生導師，在培養科研新人方面，蔣少松也有他的使命感和責任感。面對學生時，他首先輸送給學生的理念是，一定要在本科時期找到興趣和熱愛。“有一句話我覺得說得非常好，大學不是把瓶子塞滿，而是把火焰點燃。就是說大學并不是教學生用知識把瓶子塞滿，而是讓學生點燃對學術的熱情。”

其次，要盡全力地去學習。“大學的時候必須拼盡全力地去努力，知道自己的天花板在什么地方，如果能取得好的成績，就可以建立起學習的自信，這很重要。”蔣少松認為，人如果沒有自信，就很難有自我，就找不到最合適的研究方向，會走許多的彎路。

最后，要獨立地思考。“我會給學生提供一個方向，希望他能夠憑借自己的努力完成我的任務，即便只做到60分，我也覺得挺好的，因為他的獨立思考能力開始萌芽了。”蔣少松會主動讓學生參與到工藝設計中，即使研究過程中可能會造成浪費甚至重復，他都會不遺余力地鼓勵學生動手設計。在他看來，雖然完成項目很重要，但是作為博士生導師，他更加注重學生自身的成長。

隨著超塑成形技術的不斷發展，蔣少松將繼續充分發揮材料特點，提升我國輕量化整體結構設計制造水平，推動先進制造技術在軍工和民用領域的發展應用。目前，蔣少松正在與國防企業開展密切的合作，開發了許多航空航天相關的產品。“航空航天的產品技術含量高，但是產品量小，所以未來我還是想研發出普通人都能用到的產品。”蔣少松十分羨慕那些面向普通人研發產品的技術人員，他想，如果有一天他能開發一個新產品，物美價廉，每個人都能使用上，他一定會發自內心地感到開心與滿足。“人活一生，到底應該怎么度過，對我而言，我還是希望能做對國家有用的研究，研發對人民有用的產品，這是我做科研最大的意義。”