——记苏州大学高性能金属结构材料研究院院长、特聘教授，俄罗斯自然科学院外籍院士张海

刘 佳

 

 

无论春夏秋冬如何流转，也不管户外是什么样的天气和温度，每天清晨6点半，张海都会准时出现在游泳馆内，在泳池里劈波斩浪，晨练一个小时之后再精神抖擞地去上班。张海年轻时就是个体育爱好者，运动健身的自律习惯一直保持至今。羽毛球也是他的最爱，每周至少一次的羽毛球锻炼是他雷打不动的日常计划。张海觉得，挥汗如雨的劈杀和救球，可以把他从繁忙的工作压力下脱离出来。

除了运动，张海的另一条解压途径是在结束了繁忙的工作之后，约上朋友们聚在一起小酌一番，用他的话讲，就是“喝点小酒，把身上的压力挥发掉”，虽然不聊工作，但往往就是在最放松的谈天说地过程中，很多工作上奇思妙想的点子也就应运而生了。

这一动一静的解压习惯，源自张海在日本长期的生活养成。26岁那年，他东渡日本留学深造，此后22年间，从一名博士研究生发展成为国际知名企业的主席研究员，一步一个脚印，无论是从语言表达，还是生活方式，以及思维观念上，张海都已经完全融入了当地社会。

张海在日本学有所成，因提出铸锭内部气孔三维预测模型和铸锭内部热裂的判断准则，以及“均匀凝固”技术理论和应用先后获得日本轻金属学会杰出科学家奖、论文奖等一系列重量级的奖项，成为蜚声海内外的熔铸和材料专家。这一系列耀眼的成绩，即便是在人才济济的日本本土科学家群体中也不常见，足以证明他在国际最前沿的材料科学殿堂里取得的成功与影响力。

在海外攀登学术和产业高峰的同时，一身赤子情怀的张海也时刻关注着国内材料科技的发展，一心想把在日本前端科研院所汲取的先进知识带回中国，助力祖国材料科学事业的发展与突破。

终于，在2010年，张海怀揣着依靠技术创新，引领中国铝加工产业升级的梦想回到国内，全心投入铝合金新材料、新技术和新产品的研发应用工作中，先后承担了多项国家和省部级重点科研项目。面向国家及地区经济建设的重大战略需求，他围绕高性能铝合金开发及制备技术的共性问题，研究突破多项材料及制备技术的“卡脖子”难题，依靠自主创新，带领团队研发的铝材新产品，实现了从实验室走向市场的成果转化，先后在新能源汽车零部件、电子通信器材及航空航天板材等高精尖产品中获得应用，填补了多项国内空白。

从出国到如今，弹指一挥间，34年过去了。无论是在日本还是在中国，张海持续聚焦于铝合金材料的突破与创新，他说：“做科研就要认准一个方向持之以恒，铝合金材料就是值得我花一辈子精力去做的事业”。张海认定了这一条“铝”途，探索的脚步一刻不曾放缓与停歇。

 

在日本搞科研

 

1988年，张海从太原重型机械学院（现太原科技大学）本科毕业又参加了4年工作之后，决定赴日本留学，全面提升自己。他的这一决定成为人生重要的转折点。

张海在国内最初学习的是机械专业。到日本学的是加工和铸造，铸造是一切工业的基础，如果没有铸造行业的支撑，各种工业生产生活必备用具，以及国防军工武器产品均无法诞生。虽然是一门古老的行业，但铸造也在时代发展中不断求新，新工艺、新材料、新设备的诞生都是一次次的创新过程。

中国本来是世界上最早拥有铸造工艺的国家，但是由于历史和现实的原因，我们这个曾经引领世界先进技术的国家在当时已经被西方发达国家远远地甩在了后面。“铸造能不能成功，取决于里边的缺陷有多少，冶金质量好不好，决定了它的关键。”张海在日常工作研究铸造缺陷的过程中，发现了很多新理论和方法可以用在开发材料上，使他产生了浓厚的兴趣。材料科学是21世纪国际上最热门的前沿研究领域之一，新材料的发明极大地改变了现代人的生活与工作方式，而在当时的这一新兴领域里，日本显然已经走在了我国的前面。

张海是个拒绝平庸的人，他认为，人生就要勇于打破一切条条框框，拼出一个未来！在向先进求索的道路上，总会遇到各种各样的困难、瓶颈和绊脚石横亘于斯，但是它们阻止不了张海前进的坚定步伐。熟悉他的人都知道，张海一旦下定了决心做某件事，十匹马也拉不回来。“我就是这么个脾气，只要认准了目标，就去努力，要做一件事就一定要做到底！”张海如是说。

从飞往日本的飞机一落地，困难便扑面而来。首先就是要适应当地的环境，过语言交流这一关。在很多人看来，这可能会让出国前日语零基础的张海挨上“当头一棒”。但是，张海却做足了迎接困难的心理准备：“既然到这里来，我认为语言就是一个最基本的工具，如果你连正常交流都做不到的话，还能学到什么先进的专业知识？”

为了打下坚实的沟通基础，张海发挥“拼命三郎”的精神，结硬寨，打呆仗，半年时间就翻烂了一本厚厚的《日汉大词典》。他不学“哑巴日语”，随时随地和当地人进行交流，大着胆子去说，不怕说错而被笑话，所以，仅仅过了半年多的时间，张海的日语就说得非常流利了。

语言虽然“通关”，但是在学业上，张海还是感受到了实打实的压力。“在日本做工程技术研究，要求动手能力极强。所有的实验设备，还有实验的一些材料都需要自己去准备，自己动手去做。”这一点让张海很不适应，“我们国内的学生，已经习惯了很多东西从书本里去找答案，很少会去动手实践。国内很多仪器设备，老师甚至都不让我们去碰，每次都是老师把方案构思好了之后，告诉你一二三几步走，你按照老师说的去做就完了，缺少思考的余地。所以突然把你放在一个新的环境里，让你自己去想，去动手把实验做出来，那时候让我感觉还是很有难度。”

初来乍到的张海有点跟不上节奏。他回忆起当时说这是自己在整个学业生涯中最艰难的一个阶段，“经常被指导老师骂得一塌糊涂”。有那么一段时间，在学业上没什么进展，又因为实在太累了，张海甚至以为自己都要“扛不住了”，但他依然选择了咬牙坚持，因为他明白，在日本人的骨子里，他们崇拜强者，不会同情任何一名弱者。

在日本开始写第一篇学术论文的时候，导师对待张海非常严格。“日本人的那种严谨，就是眼睛里真的不揉沙子。每一个细节我都要解释得非常清楚，才能过关。”张海的论文反反复复改了很多遍，几度易稿，以至于到最后他实在忍不住问他的导师为什么要如此认真，导师说了一句令张海铭刻终生的回答：“因为论文一旦印刷出来，它是改不了的。文字印刷的字里行间都刻印着你的耻辱和你的荣誉，所以一定要认真，不能有任何一点瑕疵。”

这一席话让张海受益匪浅，让他明白了攀登科学高峰的路程上没有“凑合”“将就”“差不多”这样的字眼。自此，张海把自己的计划安排得满满当当，每天只睡几个小时，为研究课题加班熬夜更是家常便饭，就连一向以“拼命”闻名的日本人都对他刮目相看。

张海对自己的严苛并没有白费，到日本的两年后，他突然发现自己的思路豁然开朗了，各方面的能力都有了一个很大的提升，“这说明经过最初一年多的‘折磨’，我已经突破了瓶颈”。不知不觉中，张海不仅在日本站稳了脚跟，而且还成为导师实验室里研究成果最好的学生之一。这些优秀成绩，是他用时刻的勤奋换来的。“说实话，我真的很感激在日本那几年的学习经历，他们培养了我如何去做科研，让我学会了如何独立思考，学会了如何动手去做原创性的东西。”

1997年10月，张海获得日本国立电气通信大学的工学博士学位之后，跟随他的博士后导师——世界著名凝固理论专家梅田高照（Takateru Umeda）教授继续主攻铝合金材料开发与应用方向的研究。在日本继续接受的“用手”“用脑”“用心”的科研锤炼，对于他后来的成长起到了异常重要的作用。

在铸造领域，凝固是物质从液相转变为固相的过程，凝固理论研究不仅提供对凝固过程的科学认识和深刻理解，而且还是发展先进凝固技术和先进材料的基础。但是在30多年前，铸造过程中的孔洞缺陷和开裂现象是很普遍的现象，致使铸件性能达不到要求，甚至无法使用。如何理解材料在固液相区中的高温力学性能及在这一过程中对力学性能进行精确测试，在当时是个世界级的难题。

结果，张海与导师共同设计和研发出世界唯一可测量合金凝固过程中材料力学性能的装备，通过精准的温度控制，快速加热与控制冷却实现对合金真实凝固过程的重现，以高精度测量两相区力学性能。他们在世界上首次提出了合金在刚显示强度时对应的固相率（Zero Stress Solid Fraction，ZSSF）和合金在刚显示韧性时对应的固相率（Zero Ductility Solid Fraction，ZDSF）的概念，并将ZSSF和ZDSF定为铝合金热裂发生判定基准之一。张海提出的热裂预测的新理论,开发出一系列高强度铝合金新材料，并在实际的生产中取得了巨大的经济效益。

“正是因为自己动手创造出世界上独一无二的测试设备，我们才能得到别人得不到的结果。”张海自豪地介绍道，到目前为止，这一设备仍然是世界上测量铝合金两相区力学性能最精准的装置之一。

在梅田教授身上，无论是做学问，还是做人做事，张海都受益良多。在成果面前，梅田时不时地敲打张海不要沾沾自喜，更督促他不要满足拘泥于日本的小圈子里，要突破舒适区走向世界，去做国际认可的科学家。“导师带着我，我们每年都要去参加好几次国际会议，去跟各国的学者交流，呼吸‘新鲜空气’，这一点对我的影响非常大。”张海的言辞里充满了感激。

在与英国皇家理工大学的合作中，张海采用高精度X射线三维断层扫描，在世界上首次获得铝-镁（Al-Mg）合金中微观孔洞的三维特征，揭示了铝-镁合金均匀化与轧制过程合金内部三维孔洞演变规律，以此推翻了经典的孔间粗化的孔洞演变理论，提出DC铸锭中高曲折度的孔洞通过孔内高曲率角的奥斯瓦尔德（Ostwald）熟化而球化的新孔洞演变理论。张海研制开发的世界首创铸件内部三维气孔（porosity）凝固组织的预测方法，不仅能用于铝合金的半连续铸造，同样也能用于铝合金的其他铸造工艺过程。在各种大型板材连铸坯的生产工艺控制中得到广泛应用，在国际上首次生产出高质量无孔大型铝板材，属世界领先技术，对铝加工行业的发展有着巨大的影响，取得了巨大的经济效益。

 

回中国做实事

 

张海在日本长期从事铝合金先进熔铸技术、新型高强高韧铝合金材料的制备技术，以及汽车轻量化底盘超轻零部件的研究开发，无论在学术界还是产业界，都取得了一系列亮眼的成绩，作为铝合金材料方面的知名专家，张海在国际材料领域也占有举足轻重的一席之地。

材料强，则国之重器强！在进入21世纪之后，铝合金因为具有多种优良特性而在中国的各个领域也有着广泛的应用需求，尤其是近年来轨道交通、船舶、钻井平台、航空航天及汽车等行业的轻量化越来越普遍，铝合金作为实现这些目标的重要原料，用量越来越大。

如何加快铝合金新工艺、新材料的创新研发，积极拓展铝材料在各个领域的应用市场，成了当下发展的重中之重。

张海目睹了这些年来中国科技界对于人才的渴求和招募，越来越多重量级的海外人才纷纷回国发展，这些战斗在科研第一线的科学家在归国的同时也把国际标准和国际前沿思想带回了国内。尽管身在海外多年，其实张海和国内一直保持着联系与合作，也一直深切关注着国内的材料科学领域的发展。每一次回来，他都会把一些新的技术和新的理念分享给国内的同行。

重要的转折发生在2009年。张海收到大使馆的邀请函，邀请他作为海外182位高层次人才之一，回国参加国庆60周年的观礼活动。那一次，张海登上了天安门城楼，亲眼目睹了气势宏大的阅兵仪式，并在人民大会堂金色大厅被时任国家主席胡锦涛、副主席习近平和时任国务院总理温家宝、副总理李克强等领导人接见、会谈。

这时距离张海出国深造已经过去了21年，国家发生了翻天覆地的变化，他也真切地感受到了国家领导人对于在海外打拼的高端人才的关心与渴求。对国内科研事业的长期关注让张海做出大胆预言：随着经济实力的提升，国家对于科技事业的重视，未来10～20年将会是中国科技发展的“黄金时期”。长久以来就深埋在他内心回国贡献力量的种子在那一刻拱出了土壤，生出了枝芽。

“这是一个可以将个人抱负与国家发展、社会需求紧密结合起来施展才华的用武之地。”张海感慨道，“我想做些更有价值的事情，为国家发挥更大的作用！”从决心回国发展到辞去在日本的一切职务回到国内，他仅仅用了3个月的时间。2010年年初，张海怀着一颗报国之心回到中国，加盟中铝公司担任首席工程师、苏州有色金属研究院副院长，马不停蹄地投入我国铝加工行业及汽车轻量化新材料、新产品的研发工作中。

基于国家节能减排战略，必须大力推进汽车轻量化技术的研究与应用，但是张海观察到，国内绝大部分铝合金材料尚属于中低端产品，尤其缺少具有自主知识产权的汽车用铝合金。欧美等发达国家铝制专用车的开发和应用已有30多年的历史，而我国尚处于起步阶段，相当部分关键基础材料长期依赖进口。被“卡住脖子”的滋味不好受，这是一项充满挑战的艰巨工作，张海决心尽自己的最大力量去改变这一被动局面。

张海在日本时开发了一款6xxx铝合金-HS65，其性能为屈服强度为370MPa，伸长率大于10%，疲劳强度大于140MPa，是当时世界上性能最好的车用铝合金材料之一。2010年回到中国后，张海在这个基础上继续研究，又用了6年的时间，开发出中国第一款具有自主知识产权的高强韧6xxx铝合金，注册合金6B10，其屈服强度为385MPa，伸长率大于10%，疲劳强度大于145MPa，材料获得非常优秀的强韧与疲劳性能。从2017年开始，张海和魏桥创业集团合作又开始了第三代高强高韧6xxx铝合金新材料的开发。目前，合作团队已开发出了具有国际先进水平的高强高韧高疲劳性能的新型WHS-3铝合金材料，其屈服强度大于400MPa，伸长率大于10%，疲劳强度大于150MPa，而且耐腐蚀性高于6082合金，这一材料已经批量用于我国汽车行业。

在这个艰苦卓绝的攻关过程中，张海在国内首次开发研究成功了节能环保型短流程制坯技术和高温变形超细亚晶控制技术，各项综合性能达到国际先进水平，同时建立了一套完备的汽车底盘件产品材料和性能评价技术，填补了国内领域的技术空白。他创新地提出了短流程近终形铝合金控制臂制备技术，依靠近终形锭坯铸造、高温锻造成型及亚晶组织控制，自主设计开发出了我国首款超轻高强铝合金控制臂、转向节等新产品，先后针对我国自主品牌一汽、长安、长城、吉利、奇瑞、江淮等汽车主机厂，推动实施了控制臂、转向节、副车架等关键铝合金底盘零部件在国内自主品牌主机厂的开发和应用。

在2020年的第75届联合国大会上，习近平总书记宣布中国将力争在2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”。这一承诺体现了大国责任，而在“双碳”战略背景下，交通领域的碳减排对全社会实现“碳达峰”“碳中和”意义重大。

节能与环保是汽车工业发展的两大主题。从材料上看，铝的比重为钢的1/3，强度约比钢大1倍，铝代钢，可大幅提升汽车性能。世界汽车协会报告显示，汽车重量每减少10%，燃油能耗就可降低6%～8%，降低二氧化碳排放13%，由此可见，汽车轻量化是全球汽车工业化的一致目标，而铝合金是交通轻量化的必然选择。

打破多重技术壁垒，在材料、设计和工艺等诸多方面寻求突破，永远追求领先一步的张海雄心不止于此。“别人的汽车轻量化都是以铝代钢，而我们要做到的则是以铝代铝。以我研究出的新型高强高性能铝合金材料来代替现有大家通用的铝合金材料。在这种情况下，还能在铝车身上再减重10%～15%，实现了汽车减重和节能减排的双重目标，应用前景非常广阔。”张海介绍的言语中充满了自信。

张海回国的12年，也正是国内电子信息、通信、电器等行业迅速发展的时期，传统的压铸铝合金材料热导率在110～130W/(m·K)之间，已远远不能满足我国4G、5G通信器材对高导热材料的需求。

“这种压铸材料既要求强度高，又要求导热性好。”面对国家需求，张海带领团队通过微合金化、复合变质工艺配合精确热处理工艺，突破性地实现了共晶硅相的毛绒絮状变质处理，先后开发了具有国际先进水平的系列高强高导热压铸用铝合金新材料，热导率可达188W/(m·K)，将上述材料制备通信机箱壳体，使热源表面温度不仅分布均匀并且降低了3℃～4.5℃，实现了通信器材的“跨代应用”。张海的这一类高导热材料已经获得了大唐通讯的应用认可，中兴、华为也相继通过了应用测试，填补了我国当时铸造铝合金无高导热材料的技术空白，成功实现我国通信材料的跨代升级。

随着张海的回国，他不仅把日本科研的严谨和工匠精神带了回来，同时还将成果转化、实业报国的理念也带回国内。在他看来，科学研究不能只是在实验室里纸上谈兵，或者仅仅是写在论文里的一个理论成果，最后一定要落实到生产工艺当中去，要真正在生产线上实现。

为了加快科技成果产业化，张海迅速开启了一系列产学研的合作。他与世界500强企业中最大的铝业公司魏桥铝电集团公司、马来西亚上市公司广东澳美集团、国内最大的再生铝企业广东华劲集团、全铝汽车的设计制造企业苏州奥杰汽车等多家知名企业签订了共建高端铝材制造及应用技术研究院和新材料研发中心，为企业重大技术问题提供解决方案，实现铝加工产业的自主创新和跨越发展。

在张海看来，科研没有止步的那一天。他天天都在思考着材料领域里的发展问题，比如在现有材料的基础上，通过微合金化和工艺优化以后，如何使它的材料性能加工更高，能耗降得更低，环境搞得更好，生产制造的工序更短，制造的成本更经济……为中国的企业进一步开拓高附加值铝合金产品市场提供技术支撑，为中国民族铝工业应用水平的提升及早日赶超先进国家作出实实在在的贡献。

 

为未来育人才

 

“璞玉成器之道，其琢其磨。”一个专业人才的成长、成才、成器，就像一块美玉一样，必须经过上百道工序的雕刻和打磨，而导师，就是这背后手执刻刀的工匠。无论是中国人，还是日本人，都讲究“传承”。张海说，他这一生很幸运能够遇到很多大师级的学者，他们在浮躁喧嚣的现实环境中却能专注平凡地做着自己的科研，这对他的影响非常之大，他希望自己也能够把这种精神传承给更多的年轻人，使他们青出于蓝而胜于蓝。

2017年，苏州大学给了张海一个海阔凭鱼跃的舞台。在环境优美的阳澄湖畔——苏州大学阳澄湖校区里，张海领衔组建的高性能金属结构材料研究院（以下简称“研究院”）正式成立。按照张海的设想，研究院面向国家及地方经济建设的重大需求，聚焦极具发展前景的高强、高韧、高导热新型铝合金，开展金属凝固与成型科学基础、高强高韧铝合金材料制备、先进结构材料制备及加工、汽车轻量化先进结构材料及零部件等方面的研究工作，突破高性能轻质金属结构材料领域的重要科学问题及技术瓶颈，同时形成一个具有一定国际影响的高性能铝合金领域人才培养和聚集的基地。

在张海眼中，这是一个充满了蓬勃朝气和希望的集体。在前进的过程中，他不停地鞭策和鼓励着团队中的年轻人：“做学问的人必须认真仔细，不能有瑕疵！”——这两句当年日本导师嘱咐他的话，被他一字一句地转达给学生。

对于研究院的学术氛围，张海十分欣慰，他强调说：“我们绝不能故步自封，要勇于创新，敢于突破。聚焦攻克材料科学最前沿的领域，在做好眼前工作的同时，还应该有远见，用发展的眼光和超前的意识来思考学科的发展。”为此，他以讨论班、中心论坛、承办专业会议、邀请国内外同行来作交流报告等多种方式探讨学术，开阔年轻人的眼界，增长他们的见识。

这样一支具有探索热情、创新锐气和国际眼界的团队，在张海的带领下，在科研的道路上扎扎实实，步步为营，取得了让人眼前一亮的成绩。研究院成立5年来，先后承担国家省部委以上科研项目23项，其中国家自然科学基金重点项目等共8项，产学研合作重大科研项目8项，研究费用累积8600万元以上。

“真正要把一项技术、一个材料，从实验室做到流水线，最后成功做成一个成熟的产品，这里面要经历千辛万苦，过程实在是太复杂了，我们能够坚持下来，确实不容易！”一向不言辛苦的张海在回顾团队的产学研历程时也禁不住感慨，“项目成果的取得，从来不是一个人的智慧所能推动的，整个团队的协同努力才是成功的关键。”

张海常说，材料科学是一个团队合作的行业，哪个环节出了问题，都会让所有人的努力前功尽弃。“在我的团队里面，每个团队成员都会承担2～3个课题，成员既相互联系又相对独立，最终汇集成一个紧密合作的集体。而正是这种相对独立又互相配合的团队范式，使得每一位成员都得以充分发挥自己的个性与专长，又能够最及时地分享相关领域的信息与数据，促进这个优秀的团队得以健康持续发展。”

虽然身为研究团队的核心和学科权威，但是对于团队里的同事及梯队里的年轻人，张海始终保持着开放和宽容的胸怀。在每一次的讨论中，他总是要求每位成员各抒己见，畅所欲言，充分发表自己的看法。他常鼓励大家“有些问题是需要相互红脸的”。张海嘴里的“红脸”并不是世俗的争吵，而是一种看法上的碰撞。他希望大家能有一种开放的思维方式，带着批判的眼光去学习和吸收大师或者前辈所做出的结论，而不是毫无怀疑地全盘接受。他常用自己当年在日本的研究往事现身说法：“你如果完全按照之前的既有理论，那就有可能一辈子都做不出新成果。”

谈及未来，在“双碳”背景之下，张海希望开发出更多更好的铝合金新材料，重点会转向耐腐蚀、耐疲劳，以及焊接性能更好的材料。同时还计划花大力气去关注和研究再生铝这一全世界的热点领域。“如何让废品变成宝，挑战是比较大的。我希望能用廉价的方法把废铝里面的杂质剔除得更干净，这样可以使废铝也不降级使用。”张海拿出一组数据，“炼一吨铝需要13 500度电，而用废铝去做重新熔炼，只需要不到1000度电就可以了，所以这是真正的节能减排，绿色循环。”

“这样的目标可能会花很多时间，会很难，但是我愿意带着团队去努力，以铝合金材料作为突破点，真正能为国家重大工程、重大需求去做一些力所能及的事情，同时也能培养出一批真正有实力的科研人才。”张海如是说。

散步也是张海每天工作之余的一个习惯。每当疲惫不堪的时候，他就会沿着小路走上一圈又一圈，看看风景，权当放松。路上有坦途、有泥泞，还有坑坑坎坎，像极了自己这一条科学研究的攀登“铝”途。不久前，俄罗斯自然科学院（RANS）第一副院长、首席科学秘书伊万诺茨卡娅向张海发来了贺信，祝贺他当选新一届俄罗斯自然科学院外籍院士，这无疑是对他30余年持续致力于铝合金材料领域研究的莫大肯定与褒奖。得知此消息的那一天，张海依然走在熟悉的小路上，风景如常，脑海里却跳出了一句话——“人生没有白走的路，每一步都算数！”

（责编：杨思玄）

 

专家简介

 

张海，特聘教授，博士生导师，现任苏州大学高性能金属结构材料研究院院长。曾任日本轻金属株式会社铸造研发中心副主任、主席研究员，中国铝业公司首席工程师，苏州有色金属研究院副院长。长期从事铝合金先进铸造技术，新型高强高韧铝合金材料的制备技术及汽车轻量化底盘超轻零部件的研究开发。获日本国家级技术奖项3项（排名第一），国内省部级奖2项。在《材料学报》（Acta Materialia）、《材料科学与工程》（Materialia Science and Eegineering A）、《材料与设计》（Materials and Design）、《电化学学报》（Electrochimica Acta）、《腐蚀科学》（Corrosion Science）、《电源杂志》（Journal of Power Sources）等期刊发表论文200余篇，申请发明专利60余项，其中授权42项。