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张新房: 杰克和露丝的爱情 可以有另一种结局

来源:科技日报 作者:姜靖 2017年03月27日 09:13
[导读] 泰坦尼克号沉船,真是因为撞冰山吗?

 

张新房,北京科技大学冶金与生态工程学院教授、博士生导师。2009年毕业于中国科学院金属研究所材料学专业获工学博士学位;而后6年期间,先后在日本大阪大学与英国帝国理工学院从事教学与研究工作。研究方向为物理冶金和焊接。

本报记者 姜靖

走进张新房的办公室,桌上摆满了各种“问题”钢板样品。在记者看来几乎没有太大差别的钢板,这位北京科技大学冶金与生态工程学院教授说起来头头是道。
    他左右手各举起一块钢板,两手一合并,对记者一笑。“我做的就是这个——焊接。”
    见记者还是一脸疑惑,他随即抛出“泰坦尼克号沉船,真是因为撞冰山吗?”猝不及防,爱情片切换科普频道,在张新房这里竟毫无违和。
    “撞冰山只是外因,真正的内因是泰坦尼克号航行到低温深海,船体材料变脆,撞了冰山后容易断裂,加上船体不是焊接而是铆接,所以才出了问题。”张新房说,如果泰坦尼克运用了现代的材料和焊接工艺,杰克和露丝的爱情或许不会悲剧收场。

“半路出家”,为材料界制定新标准
    近日,张新房团队研发的高附加值电网用耐蚀铝材已在浙江等11个地市局变电站进行试用。“这种新的电网用耐腐蚀材料的开发,将大大节省电网运行成本,提升电网运行安全性。”谈起新成果,张新房掩饰不住内心的兴奋。
    然而,这个如今的冶金材料专家,当初并非师出名门,而是“半路出家”学的材料学。
    “我本科学的物理,后来到中科院金属研究所才开始材料学研究。”在国外待了6年,张新房仍旧乡音未改,让人感到质朴和实在。“开始很痛苦,‘恶补’了一年,基本把材料理论学明白了。”当材料和物理学背景一交叉,他的优势逐步凸显出来。
    “手机里的电路板,最早用锡铅焊接。但铅有毒,欧盟在2000年开始禁用此类材料,于是世界各国都在开发无铅焊料。”张新房博士期间就是做这个的。“一开始无从下手,最难是实验电气测试平台搭建,金属所之前没人做过。”他花了4个月搭建设备,实验结果却一鸣惊人。
    金属焊料有“极性效应”现象,当电流通过器件的焊点,导致原子向阳极迁移,并在阳极界面形成厚的金属间化合物,而阴极的界面化合物则很薄,从而引发断裂失效。但在他的实验里,他发现了反常的现象——原子向阴极迁移导致阳极界面化合物薄而阴极厚的现象。他的文章在《ScriptaMaterialia》发表后引起了很大的反响。“这项成果相当于在材料学的领域内,制定了一个新标准。”他说。
    “原创性的工作是特别值得关注的。这离不开我的物理学背景,只做材料的人可能不太懂。后来别人问我怎么做到的,我告诉他们方法后,他们说:‘原来这么简单!’,可就这么简单,许多人没有想到。”

产学研合作,研制新材料
    博士毕业后,凭借“微电子焊接”成果,张新房申请到全球仅有200个名额的日本学术振兴会奖学金,去大阪大学做博士后。正是这段经历,让他感到搞研究必须“产学研”紧密结合。
    当时,他经常跟日本合作导师跑工厂。他发现,在日本,不管是输油管道还是船舶,都要去温度极低深海,容易使钢板失去韧性而脆裂。考虑能否设计一种材料,即使在低温下,也不会出现泰坦尼克号那样的问题?
    这时,他做了个大胆的决定——转读钢铁焊接专业。
    “当时转专业时,很多人认为冒险,毕竟在微电子焊接方面已小有成果了,但当时觉得这个问题有实际需求就转了。后来事实证明这条路走对了。”他说。
    后来,通过与神户制钢合作,他研制出来一种合金焊接材料,在零下200摄氏度以下,产品仍保持良好的冲击韧性。
    “去年我与国内钢铁厂交流时,钢厂技术人员和我谈低温钢铁韧性问题,我笑着和他们说, 5年前我在日本就已经做完了。他们不太敢相信。”张新房说。

回国发展,立志实现产业化
    在英国帝国理工学院期间,张新房认识了钢铁冶金界的国际大牛——Ken Mills以及电磁冶金专家秦荣山教授,开始接触钢铁冶金研究。
    “现在国内高铁发展很快,但高铁中的高端轴承全是进口,这主要是国内轴承钢的洁净度不够。因轴承钢表面光滑,如果夹杂物含量高的话,高铁高速运行时,轴承滚动中受力不均,时间久了就容易在夹杂物处萌生裂纹,有安全隐患。”他说。
    他在英国期间,就是研究轴承钢冶炼提纯的,能做到将钢中1微米以上的夹杂物分离出来,而目前高铁轴承钢能去除5微米以上的夹杂即可达标。这项技术也在塔塔钢铁进行中试,现场测试显示:除了有效的分离提纯外,亦可减少冶炼中水口的堵塞结瘤,极大地节省了生产成本。
    回国前,张新房即将拿到英国高校的终身教职。常有人问他,英国“绿卡”唾手可得,为什么还要回国?
    他坦言,虽然有时也会面临自然、科研和人文环境的融入问题,但他还是“想用从国外学来的先进经验,为国内冶金制造业做点事吧”。
    记者在他办公桌上看到一份合作意向书,这是他目前的研究课题——老化核电用不锈钢的再生机理研究。他告诉记者,核电厂是庞大的工程,目前核电构件设计寿命通常为50年,他与英国团队研发的技术,可有效延长核电构件寿命80%以上,大大提高了核电材料的性能,也减少了核电站的运行成本。
    “我希望研究项目能实现产业化。”他说。现在,完成教学任务之余,他就利用国内一些行业会议,主动走进企业进行学术交流,了解企业需求。

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[责任编辑:chenjie]
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