张光钧：推动大飞机发动机技术升级 破解国外技术谜题

　　【机床商务网 机床人才】 在很多加工实践中，科研人员经常会发现：一些重要的机械设备的零部件，用同样的金属材料打造成同样的形状和尺寸，为什么性能却无法达到甚至超越先进发达国家同类产品。这个“谜”一般的现象困扰着中国的学者，也成了制约中国装备制造业发展的一大瓶颈。在一批科学家和工程技术人员持之以恒的努力下，这一难解之迷已经被成功破解，激光加工技术的导入，已经让中国装备制造业发展大幕徐徐拉开——
 
　　在张光钧教授的名字中带有一个“光”字，许是命运的安排，张光钧的人生注定与激光结缘。整整30年，他坚守在激光表面处理技术的科研线，带领学科团队与一批科学家们相互支持、并肩作战，愣是啃下了中国加工制造业的一个主要短板。
 

　　激光，是人类智慧的产物，它是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后人类的又一重大发明。激光可以产生高强密度的能量，一柄能源利剑在科技的发展中自然而然地交到了人类手中，而它也对传统加工制造业进行了革命性的变革。激光加工已经成为了继手工加工、机械加工、电加工模式后潮流的加工模式。
 

　　激光加工的秘密，国外同行一直是秘而不宣，国内该领域的关注度也不够。谁也未曾料到这一技术背后的潜在价值：采用传统加工工艺加工好的金属零部件经过一定波长、功率密度和扫描速度的激光辐照，就能提高材料的强度，明显延长使用寿命。出现了小裂缝的金属零部件照一照高强激光，在恶劣的环境中，裂缝也不会再扩展，安全系数大为提升。
 

　　作为中国激光表面处理技术的开拓者、实践者和见证者之一 ，手捧上海市高强激光加工产学研联盟成立的文件和未来实施的方案，张光钧教授的眼眸中充满着欣喜，已过花甲之年的他注定将要迎来人生事业的一个高峰。
 

　　在机缘巧合中恋上“激光”
 

　　1976年粉碎四人帮后，作为文革前后一批上海交大冶金系金相专业毕业的大学生，张光钧被上海交大点名从上钢三厂调回高校从事科研工作。一次偶然机会，张光钧在上海展览中心看科技展览，接触到激光，那是醍醐灌顶式的触动。光能是易引导和成形的能量形式之一，这种能量形式传递的信号噪声很小，可从独特的窗口进入自动化和智能化的操作……在对激光科技深入思考时，张光钧的思绪又慢慢飘向了当年接受工农兵再教育在上钢三厂做炉前工的3载岁月，张光钧被安排在轧钢加热炉车间工作，在那里，钢锭经过有十多个重油喷口的加热炉的高温洗礼，待钢锭软化后进入轧制变钢板的环节。那场面犹如火龙绕月，每天工作下来都是汗流浃背。但细心的张光钧在工作一段时间后，看出了其中的工艺问题，他提出了改进工艺方案，适当降低炉温，减少喷油量。意见终被采纳，车间能耗降低，轧制钢板质量也有了保证，车间温度也降了下来。但这次工艺改进后，一个想法也经常萦绕在张光钧的心头，这种高耗能的加热模式能不能被一种更加节能的方式所替代。
 

　　在一段沉思后，张光钧猛然意识到，他所苦苦追寻的能量解决方案也许就存在于激光中。渐渐地，他接触到了国内几位正在进行早期激光高能热处理开发的前辈：中国铁科院李志忠工程师，他根据国外资料写的《激光热处理》颇具启发意义。中科院上海光机所的苏宝嫆研究员，当时交大没有激光实验设备，她热情地邀请张光钧到所里做实验。中科院长春光机所的关振中研究员，研发500瓦的玻璃管激光器进行热处理实验，为了弄清楚激光器原理，张光钧也是几次北上请教学习。为了尽快着手激光热处理的试验研究，在有关专家和领导的支持下，他调入上海机械制造工艺研究所。在那里，张光钧有幸成立了自己的课题组，并配置了1000瓦激光器。
 

　　1983年11月，第三届材料热处理大会在上海召开，这是改革开放初期少有的在国内召开的正式学术年会，经重重评审，张光钧撰写的关于激光材料表面改性的论文脱颖而出，成为在大会上宣读的、也是在本专业领域学术大会上第1篇涉及激光表面改性的中国学者论文。几年的科研探索中，他判定产业化道路可能需要一段较长的时间，在原交大分校(现上海工程技术大学)校长俞少罗教授的力邀下，1984年张光钧辞别了上海机械工艺研究所，又一次走进了象牙塔。他和课题组同事们建起了上海千瓦级二氧化碳激光加工科研、中试、教学基地。渐渐地，激光表面处理的神秘面纱被一层层地揭开：能量密度高于1000瓦/cm2才有实用价值，否则激光处理与淬火加热冷却的效果差别不大；光功率密度在高于1000000000瓦/cm2情况下，激光会对金属材料产生巨大的冲击效应，表面会产生微观的塑性变形，表面的位错密度可以大大增加；过去常规强度理论认为的金属材料无法兼具高耐磨性和高摩擦系数的状况从激光表面处理技术角度出发，完全行得通……
 

　　奈何产业化之路一波三折
 

　　在多年的科研生涯中，张光钧先后主要负责完成了38项科研项目。先后以完成人获得国家发明授权5项、国家实用新型授权3项。迄今以作者在国内外公开发表论文47篇，其中32篇次被SEI、EI、ISTP、CSCD等引文数据库收录。在张光钧和几位科研前辈的积极张罗下，中国热处理学会高能热处理技术委员会在1984年成立，已举办了十屆全国激光热处理学会年会，全国的同行们有了一个分享研究成果的平台，可以共同为激光表面处理技术的发展贡献智慧和力量。
 

　　慢慢地，张光钧的课题组开始接受企业的技术攻关课题，他们接受了上海电梯厂电梯正弦轮V型槽表面改性等技术攻关委托，在实践中更加验证了技术的正确性，同时也根据过程中发现的问题来完善工艺技术。
 

　　1990年，激光表面处理技术得到了上海市政府的关注，在当时蒋以任副市长的推动下，上海激光集团公司挂牌成立。满以为激光技术产业化的黄金时机来临，但是现实却令张光钧深深失望，由于制度上的因素，大量公司对于新技术推广和使用的热情远远低于预期。有些企业是合资企业，外方不允许中方涉及核心技术的改进。有些大型制造企业甚至提出：如果零部件寿命过长，那么企业的产量就会下降，工人要下岗。张光钧的心中五味杂陈。他开始思考激光表面处理产业化背后的推动力。
 

　　作为一个崭新的材料加工领域，有二个因素决定着领域的发展状况，一是激光器的成本和质量问题。二是市场的接纳度、认知度和实际需求量问题。在过去的许多年中二者的情况都不成熟。
 

　　他毫不气馁，再一次投入到产学研对接的滚滚洪流中，先后在机械刀片刃口、汽缸体(套)内壁、机床导轨表面、列车减振器上下导向座面等重要零部件的关键表面采用激光强化工艺并满足了企业的技术要求。2005年他获国务院特殊津贴奖，并三次获省部级科技奖。
 

　　而此时家里的状况又让张光钧陷入苦恼，在影视公司担任摄影组长的独生子，突发脑出血，无法工作，他一下子苍老下来。整整7年，经历着内心巨大的煎熬和痛楚，他一边照顾儿子一边坚持科研工作。
 

　　终于等到了破蕾绽放时刻
 

　　2013年，对于张光钧教授而言，是一个花开的年份，年初，他参与了国家高能束材料改性发展路线图的制定工作，航空航天领域专家赵振业院士作报告，：激光冲击强化技术在美国先进制造行业已实现产业化，其中飞机发动机经过激光冲击强化处理，性能明显提高。这是一个前进的信号！近年来，国内激光器的价格不断下降，质量不断提升，国家也开始从战略角度考虑激光表面处理的前瞻性发展。张光钧的心情简直可以用狂喜来形容。此时，在上海交大校长张杰院士的主持下，张光钧参与到了上海市高强激光加工产学研联盟和应用示范基地的建设中，激光加工可以使用的范围真是太广了，在电子、轻工、工业、医疗器械、汽车、机械制造、冶金、石油化工、核电、航空航天、国防军工等产业都有着巨大的使用潜力，已经成为世界制造工厂的中国无疑可以凭借这一技术对传统工业进体行技术改造和升级。在上海工程技术大学校长丁晓东教授的支持下，张光钧所在的科研团队正在争取加入上海高校知识服务平台，为全社会提供服务，对于市场的反应，张光钧很有信心，“前不久，浙江余杭装备制造协会邀请我去进行激光表面改性的讲座，现场居然来了上百家科技企业，会后有二十几家企业找到我，希望合作！”
 

　　如今纳入他视野的还有可持续发展的需求，这是一种修复再制造产业，“比如一套价格上百万的模具有一些损坏，如果就这样报废，太可惜，完全可以使用激光处理修复技术加以修复，……”
 

　　老骥伏枥，张光钧近在金属3D打印领域也有了重大突破，金属在3D打印中会出现残余拉应力导致的裂纹，所以一般打印材料都是塑料和高分子材料。而张光钧添加了特殊的纳米材料，并利用先进的造粒技术，正在攻克这一难题，目前进展良好，已经可以实现小体积的金属3D打印。
 

　　但是这个技术的突破是否也意味着传统制造行业的革命性变革，以后是不是只需要激光3D金属打印加上激光冲击强化技术就能解决机械加工的主要问题……“，对于未来发展趋势，张光钧还有着更多的思考，而他的暮年人生也注定会绽放出更璀璨夺目的光彩！
 

　　(原标题：吴苡婷：提高大飞机发动机性能 他解开了国外同行秘而不宣的科学之谜点)