——记江苏大学教授赵玉涛
　　
□　吴应清

　　
　　
　　“我的研究方向是高性能铝、镁基复合材料关键技术及其应用研究，内容主要涉及原位合成微/纳米颗粒增强铝基、镁基复合材料的体系设计、制备加工、微观组织、综合性能和工程应用。按性能来分的话，分为轻质高强抗疲劳、高强抗蠕变、耐热耐磨等复合材料。”江苏大学教授赵玉涛开门见山地向记者介绍。
　　铝，在日常生活中无处不在。从民用到工业再到军事，这种金属的复合材料都有着非常广泛的应用。然而，仅仅100多年前，制取铝的工艺刚刚开发、改进的时候，它还是帝王贵族们才能享用的珍宝，价格比黄金高，更被称为“银白色的金子”。在1855年的巴黎博览会上，铝与王冠上的宝石一起展出，标签上注明“来自黏土的白银”。
　　如今，这种轻质、低成本的材料得以广泛应用，与一代代科研工作者对制备技术的创新和新型复合材料研发及应用的推进，是息息相关的。而江苏大学教授赵玉涛，便是在这个“银白色金属”相关的科研王国中深耕30余年的一名筑梦人。他和他的团队见证并参与了我国铝合金材料的科技发展进程，也让许多基于新型材料搭建的梦想成为可能。
　　
从“破冰”到“远航”
　　铝合金是我国工业应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造等领域中大量使用。我国是全球最大的铝生产和消费国，2015年原铝产量为3141万吨，铝材产量为5236万吨。然而，我国铝行业产能过剩、同质化现象严重，迫切需要其高性能化和复合化技术的突破。
　　尤其是随着航空航天、轨道交通、节能汽车、电子信息等高技术领域快速发展，传统材料已不能满足要求，关键部件用材料性能要求越来越高。赵玉涛介绍，在这种情况下，国际上已于20世纪80年代末开发了原位合成颗粒增强铝基复合材料。“原位纳米强化铝合金，其纳米增强体是通过原位化学反应从铝中形核、长大的热力学稳定相，因此纳米增强体表面无污染、与基体界面结合强度高，具有比强度高、塑韧性好、抗疲劳能力强等特点，在航空、汽车、轨道交通等领域具有广阔的应用前景，成为倍受国际关注的新材料。”
　　虽然新材料应用广泛，但是获取新材料的原位合成技术却被国外专利技术垄断。这些垄断主要有XDTM法（美国专利）、Lanxide法（美国专利）、VLS法（美国专利）、LSM法（英国专利）等。此外，这种新材料仍有不完善的地方，还存在着制约其工业化应用的国际性难题。
　　赵玉涛介绍，制约工业化的难题主要有三个方面：“一是制备过程合成效率低，原位颗粒尺寸大、易团聚、形貌控制难；二是体系合成温度高、能耗大，材料性能不稳定；三是复杂构件凝固成型时增强颗粒易长大、偏聚，塑性成形加工中组织演变复杂、调控难。”
　　其实，我国于20世纪90年代初就已经开展了上述材料的研究工作，但受限于其涉及多学科交叉，且核心技术受国外封锁等原因，它的应用一直处于试验阶段。因此，该材料被列入国家中长期科技发展规划纲要（2006—2020年）制造业重点领域及优先主题之一。
　　从1998年开始，赵玉涛课题组开启了这一领域的研究，课题瞄准国际前沿，聚焦国际难题，创新研究思路，另辟蹊径，研究磁化学、超声化学合成金属基复合材料，并研究外场（电磁场、超声场、声磁耦合场等多场）调控原位金属基纳米复合材料组织与性能关系；研发具有我国自主知识产权的新体系（Al-Zr-B-O）合成材料，以及一整套规模制备、成型加工新技术。
　　近年来，在高性能铝合金、金属基复合材料和纳米复合材料的研究领域，赵玉涛和团队取得了一系列具有重大意义的创新性成果。目前，他已主持完成了国家自然科学基金、原国家“863”计划、教育部科技重点、江苏省重大成果转化等项目30余项。而这些在一个领域中不断纵深的项目，也如一块块拼图，在赵玉涛和团队的努力下，拼出了一个美好的图景，亦可以说是一个庞大的研究体系。于是，在赵玉涛的科研履历中，甚至在行业发展历程中，业内总会一遍又一遍地提到这些项目：
　　2004年获批的国家自然科学基金的“磁化学合成金属基纳米复合材料的机制研究”，首次提出磁化学合成金属基复合材料，将电磁场与原位冶金化学反应有机结合，并成功合成了铝基纳米复合材料。
　　2007年获批的原国家“863”项目“磁化学合成铝基复合材料的设计及其构件成形加工技术”，大大推进了轻质高强原位铝基复合材料的关键技术突破及应用。
　　2010年江苏省科学技术奖一等奖获奖项目“高性能节能型原位铝基复合材料关键技术研究”，可以算是一长串项目清单中最具开创性的项目之一。这个项目的关键词是“节能型”，毫无疑问，研究材料关注的是能源消耗。一直以来国外原位合成体系均在950℃～1000℃高温下合成，不仅能耗大，而且铝合金烧损严重，熔体中夹杂物含量高，净化难，同时对冶炼装备要求极高。在这个项目中，赵玉涛和团队在寻找到了节能型的中低温合成体系及技术的同时，还提高了复合材料的性能，攻关过程具有很大挑战性。
　　2016年获得的中国机械工业科学技术奖一等奖的项目“原位纳米强化铝合金关键技术及工程应用”，解决了国内外制备的原位铝基复合材料存在的 “高强但韧性差”等关键问题，大大制约了该材料的应用。赵玉涛和团队提出多相纳米强化理论，并在关键制备与加工技术上实现了突破，实现了规模应用。
　　如果说，赵玉涛最初的科研工作是打破技术垄断的破冰之旅的话，那么，他在后续一个个累积成体系的纵深研究中，就如同驾驶一艘巨轮不断在科研的海洋中远航。
　　作为团队负责人，在驾驶巨轮前行过程中，赵玉涛也收获了一系列荣誉：2008年，他被评为江苏省“333高层次人才工程”中青年科技领军人才；2009年，入选国家“新世纪百千万人才工程”国家级人选；2011年，被评为“江苏省高等学校优秀科技创新团队”；2012年，荣获“江苏省第五届十大杰出专利发明人”，同年被评为享受国务院政府特殊津贴专家；2018年，被评为“科学中国人年度人物”。此外，他还兼任中国有色金属学会理事、全国工程材料标准化工作组委员、机械工业金属基复合与功能材料重点实验室主任、江苏省高性能铝镁合金及其复合材料工程实验室主任、江苏省铝基复合材料工程技术研究中心主任、江苏省高性能合金产业技术创新战略联盟秘书长等学术身份。
　　对于过往的成就，赵玉涛很低调，他更喜欢谈未来、谈希望，在采访中，记者从这位深耕行业30余年的科研工作者眼中，看到的更多是他对行业、对学生殷切的期盼。
　　
把论文写在祖国大地上
　　“原位纳米强化铝合金关键技术及工程应用”，是采访中赵玉涛谈得最多的一个项目。
　　这个项目主要针对现代交通载运工具关键部件，既要实现轻量化，更要高性能确保安全性的迫切需求，通过产学研用联合攻关，实现了原位纳米强化铝合金及其构件成形关键技术突破和工程应用。“项目发明了声磁耦合调控制备原位纳米强化铝合金新技术；发明了高强抗疲劳纳米强化铝合金新体系Al-Si-Zr-B-X，并开发了系列新材料；创新了多相多尺度协同成形加工技术，发明了原位纳米强化铝合金材料的外场调控电磁连铸技术、低压铸造成形技术、慢速多孔挤压技术，搅拌摩擦塑性加工、高应变速率超塑性等。”赵玉涛介绍项目核心创新成果时，说出一长串科研术语。
　　据介绍，基于该项目而产出的学术成果颇丰，迄今为止总共申请专利53项，其中国家发明专利52项、申请国际PCT专利3项，获得授权国家发明专利42项；获得国家高新技术产品2项、江苏省高新技术产品5项；共发表学术论文146篇，其中SCI收录74篇、EI收录72篇，出版著作4部；制定了原位铝基复合材料国家标准1项。
　　可以说，原位纳米强化铝合金技术的应用，不仅促进了我国铝行业向高端铝基复合材料发展，而且有力提升了航空航天、轨道交通、节能与新能源汽车铝合金关键部件的综合性能，极大满足行业转型升级和战略新兴产业对轻质高强材料的急需，具有十分重要的战略意义和工程应用价值。
　　赵玉涛说，项目设计开发出10余种高性能原位纳米增强铝基复合材料，并规模应用于高端汽车控制臂、重载汽车轮毂、发动机减震部件、轻量化车身等关键核心部件。
　　此外，项目开发的高性能节能型铝基复合材料产品通过国家权威机构检测和国际知名企业应用表明：不仅强度高、抗疲劳、耐磨好，综合性能超过国外同类材料性能，而且成本仅为国外同类材料的1/2，且节能30%。这些高质量、低成本的产品，一经推广应用便产生了显著的经济效益。该项目的主要成果已在20余家大中型企业成功应用，主要应用产品为高性能A356基复合材料锭或棒材、6000系列及7000系列铝基复合材料型材、重载汽车用轮毂、高端汽车控制臂、发动机减震部件等，其中8家主要应用企业近3年累计新增销售额近43亿元、新增利税约7.7亿元。
　　除了科研价值和经济、社会效益外，项目还有一个重大收获就是人才的培养。据悉，项目依托省部级重点实验室、工程技术研究中心和博士后科研流动站、企业博士后工作站以及研究生工作站等技术和人才培养平台，采取多种形式吸引高级技术人才为项目工作和服务。在项目执行期间先后培养博士研究生6名、硕士研究生50名，其中获江苏省优秀博士论文2名、优秀硕士论文4名。先后为企业开展3000余人次的技术培训，极大提高了合作企业的技术水平，为后续研究奠定了坚实的人才基础。
　　仅这一个项目，背后就有这样庞大的成果体系和巨大的经济社会效益。记者终于明白，这个“银白色的金属”王国为何让赵玉涛这样着迷。外行眼中不起眼的金属元素，在像赵玉涛一样的科研工作者手中，却像被施了魔法一样，不但可以换成真金白银，还为这个世界带来更多的精彩。
　　
攻克难关向远方
　　30多年专注一个研究领域，赵玉涛的“执念”还要从读书时说起。
　　1986年，赵玉涛本科毕业，他当时的毕业设计已经开始涉猎高性能铝合金方面的研究；及至1989年，赵玉涛的硕士毕业论文更是对高性能铝合金做了细致的研究；而从1993年开始，赵玉涛通过研读美国麻省理工学院（MIT）材料系A.Mortensen教授的金属基复合材料研究论文和上海交通大学张国定教授主编的《金属基复合材料》，更是与金属基复合材料结下了不解之缘。
　　尤其是2004年9月至2005年9月，在英国帝国理工学院材料系开展金属基纳米复合材料研究期间，赵玉涛访问了牛津大学、剑桥大学、谢菲尔德大学、莱斯特大学等一批知名大学的材料研究团队，回国后在国家留学回国人员科研启动、国家自然基金、原国家“863”等资助下开展了一系列研究，在原位合成新体系、磁化学合成技术等方面取得了原创性成果。
　　“瞄准国际研究前沿和最新研究成果，并实现自主创新。尤其是研发具有我国自主知识产权的新体系材料、制备及加工技术，并以国家和行业需求为牵引，从基础研究出发，然后关键技术突破，到成果转化和应用，拓宽创新链，并与产业链衔接，开展针对汽车轻量化和高性能化急需的轻质纳米强化铝合金汽车控制臂、重载汽车轮毂、汽车减震部件、汽车车身等一系列重要部件。”当被问及科研工作奋斗目标时，赵玉涛表示，最终是要实现规模应用和产业化。
　　随着一个个项目的累积和推进，一代代科研工作者的不断努力，目前我国在该领域的研究已经达到了国际先进水平。
　　“第一优势，是我们研发的Al-Zr-B-O系铝基纳米复合材料的性能，不仅强度高，而且塑韧性好、抗疲劳能力强，制造的关键部件综合性能优于国外同类产品；第二优势，是我们在汽车轻量化做出了重要贡献，我们研发的原位纳米强化铝合金，已经规模应用于奔驰、宝马、一汽大众、上海通用等世界品牌汽车。”赵玉涛欣慰地说。他也坦言，目前相关领域研究的短板是“在航空航天、国防军事领域应用还不够广泛”，这与国外情况尚有较大差距。
　　“研究遇到的困难很多，如新体系开发难，原位多相纳米协同机理还鲜见报道，纳米复合材料制备难，性能不稳定等一系列难题或瓶颈，有的是世界性难题。我们的信念是外国人能做的，中国人一定也能做，而且我们要变轨超车，敢于超越。”赵玉涛介绍，未来还将面临如何制备成3D打印所需要的粉末以及纳米复合强化其他合金材料的数据库建设等难点。
　　对于未来，赵玉涛信心满满。目前，他与团队正在承担国家自然基金委、中国汽车工业协会和中国第一汽车集团、东风汽车公司、上海汽车集团等八大汽车集团联合发起的中国汽车产业创新联合基金重点项目，专攻新一代节能汽车与新能源汽车车身用原位纳米强化铝合金材料的设计、制备与应用基础研究。赵玉涛介绍，该项目进展顺利，部分成果已实现产业化，并申报了国际PCT，在轻量化车身用铝基纳米复合材料的设计、制备及成形加工技术等方面取得了重要突破。
　　在这座“银白色金属”王国中，赵玉涛和他的团队，将继续构筑更多的梦想。而他们驾驶的这艘科研巨轮，也将开往更远的地方。科
　　
专家简介：　　
　　赵玉涛，江苏大学教授（二级），博士生导师，从事轻质高强铝、镁基复合材料研究与应用30多年。2004年至2005年在英国帝国理工学院（Imperial College London）材料系从事纳米复合材料研究。2008年被评为江苏省“333高层次人才工程”中青年科技领军人才，2009年入选国家“新世纪百千万人才工程”国家级人选，2011年被评为“江苏省高等学校优秀科技创新团队”，2012年荣获“江苏省第五届十大杰出专利发明人”，同年被评为享受国务院政府特殊津贴专家，2018年被评为“科学中国人年度人物”。兼任中国有色金属学会理事、全国工程材料标准化工作组委员、机械工业金属基复合与功能材料重点实验室主任、江苏省高性能铝镁合金及其复合材料工程实验室主任、江苏省铝基复合材料工程技术研究中心主任、江苏省高性能合金产业技术创新战略联盟秘书长。
　　在国内外率先提出并发明了磁化学和超声化学合成原位铝、镁基复合材料技术，设计并研发出我国具有自主知识产权的Al-Zr-B-O系复合材料，针对航空航天及节能与新能源汽车关键部件对高强韧的铝基纳米复合材料需求，提出原位多元纳米强化新思路，创新了外场调控制备新技术，设计了系列原位铝基纳米复合新材料，并突破了原位铝基纳米复合材料复杂构件成形加工难等技术瓶颈，研发了轻质高强韧、抗疲劳高档汽车控制臂、重载汽车轮毂、发动机减震部件等关键部件，满足了国家重大工程及行业转型升级急需，打破了国外技术封锁和新材料产品垄断。