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宋光铃:为镁合金产业的长久发展保驾护航
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宋光铃:为镁合金产业的长久发展保驾护航

【摘要】:
从原始人最早使用石器工具到人类第一次尝试飞行,人们一直在寻找又轻又强壮的材料。随着社会人口、交通运输数量的与日俱增,更是让这种向往成为一种需求。镁合金就是拥有这种特性的材料之一,镁比铝轻33%,比钛轻60%,比钢轻75%,镁合金是军工领域、民用领域不可或缺的理想材料。镁的添加可以让几乎所有东西变得更轻更强,镁不仅具有重量比的最佳金属,也是塑料的100倍以上的散热,镁合金成为很多行业专家标榜的未来最

  从原始人最早使用石器工具到人类第一次尝试飞行,人们一直在寻找又轻又强壮的材料。随着社会人口、交通运输数量的与日俱增,更是让这种向往成为一种需求。镁合金就是拥有这种特性的材料之一,镁比铝轻33%,比钛轻60%,比钢轻75%,镁合金是军工领域、民用领域不可或缺的理想材料。镁的添加可以让几乎所有东西变得更轻更强,镁不仅具有重量比的最佳金属,也是塑料的100倍以上的散热,镁合金成为很多行业专家标榜的未来最具潜力金属材料之一。然而,作为21世纪绿色金属结构材料,镁合金同时存在着显著的缺点,抗腐蚀性差是它的缺点之一,如何提高镁合金的耐腐蚀性能是当务之急。为了全面了解国内外镁合金腐蚀防护的研究进展、探索未来镁合金防腐技术的发展趋势,值此第九届全国腐蚀大会来临之际,记者特邀请到厦门大学宋光铃教授做相关方面的精彩解读。

  宋光铃,厦门大学材料学院教授、博士生导师,中组部第9批“千人计划”入选者。长期从事镁合金腐蚀防护等相关方面的研究,在该领域造诣颇高。

  

  记者:您师承曹楚南院士,是中组部第9批“千人计划”入选者。现任厦门大学材料学院教授、博士生导师;曾历任中科院腐蚀所副研究员、电化学室主任,澳洲公路交通局工程师、昆士兰大学轻合金中心高级研究员、博士生导师,美国通用汽车公司研究总部主任研究员,美国橡树嶺国家实验室高级专家研究员等等,并取得了诸多丰硕科研成果,请您谈谈这一路走来的科研历程和感触?

  宋教授:1987年,我初入师门,对导师高山仰止。曹老师亲自授课,初步见识了导师扎实非凡的专业和基础知识。进入实验室后,更为导师渊博的科学知识、深厚的学术功底、犀利清晰的思路所折服,不禁为能跟随如此良师而感到无比荣幸,于是暗下决心要珍惜机会,跟着导师多学写科研技能。实际上,从硕士、留所、在职博士、副研、直至研究室主任,在跟随导师8年时间里,所学的不仅仅是科学的研究方法、严谨的学术态度,更重要的是宽容谦逊的待人之道、淡泊名利的自处之行。这期间我学到手的一些皮毛,至今仍受用无穷。可以说,腐蚀所的8年,为我攀登科研高峰提供了一个较高的坚实基础。

  如果说腐蚀所的8年,是我在腐蚀电化学的理论和技术方面夯实基础、深耕细作的阶段,那么1995年始的在澳洲12年,则是我有意地将研究重点从基础理论向实际应用转移,将腐蚀电化学理论和技术自发地应用于材料微观腐蚀机理和行为的分析上,逐渐形成材料微观腐蚀电化学理论和方法的重要时期。这是因为进入澳大利亚昆士兰大学攻读第二个博士时,所在的矿冶材料系主要以材料见长。系里虽有应力腐蚀开裂方向,但腐蚀电化学却较为薄弱。初到昆士兰大学,就看到这里的研究人员对科研实际应用的高度重视,我的博士论文和博士后课题都是由工业界合作者所认定的方向;随后在澳洲公路交通局研发公司担任工程师时,更是直接承担了工程项目的投标、现场的腐蚀测量、结款报告的提交等事宜;到1999年作为高级研究人员再次回到设在昆士兰大学的澳大利亚联合基金委轻合金中心时,我所负责镁合金腐蚀与防护研究方向便是直接对澳洲镁合金公司负责:所有研究课题,包括所指导的博士研究生,都必需以工业界的需要而设置,并根据他们重点的转移而随时调整。在澳12年,我经历了由国内研究室主任突然变为一名博士研究生的心理落差,体会过从博士毕业生一步步走到博士生导师的艰辛,经历了西方文化的冲击。是一个不断调整自己,挑战自我,在探索中学习、实践中成长过程。

  2007年应邀加入美国通用汽车集团研发总部,成为化学与材料实验室的一名主任研究员,负责公司汽车材料腐蚀与防护的研究与开发工作,从此我的全面彻底地进入到腐蚀防护研究的工业化应用阶段。我除了开展基础研究,积累技术方案,随时解决工程工艺部门提出的腐蚀相关的问题;还要与许多部门,诸多不同专业的人员合作,协调进度,通力公关。通用公司的5年工作,不仅使我的腐蚀防护研究变得朴实无华,更重要的是实现了我的身份由乙方向甲方的转变:在此之前,我都是作为乙方受甲方资助而开展研究工作;但进入通用后,我经常要作为甲方代表公司,资助乙方大学教授们经费,掌控他们课题的进展,确保研究方向不偏离公司的需求。由此,我学会了以研究成果的使用者的眼光,从实际应用的角度,客观地评价一个研究项目,而不再像一般研究人员那样,仅仅追求新颖、创新。这可能是我在通用汽车公司工作的最大收获。当然,通用汽车公司的5年,也让我深入地了解到全球500强排名前几名的跨国集团公司,在某些方面决策之后如何高效执行,而在有些方面却循规蹈矩、僵化不灵;切实感受到了公司对经济环境、社会稳定、政治变化、成本费用、产品质量的极度敏感;切身体验了公司的办公室政治、等级差别。所有这些,基础研究可能无需考虑,而应用研究却经常需要面对的。

  2012年加入美国橡树岭国家实验室成为一名高级专家研究员,我研究重点又转回的应用背景十分明确的基础研究上来。在这里,我有幸领略了许多世界上最先进的仪器设备,并与顶级水平的科研人员和团队共事,亲眼见识了他们严谨、扎实的工作作风,细致、规范的工作程序。尽管国家实验室所有科研活动,包括课题申请、执行、验收,项目的评审和预算、实验室仪器的使用和管理、课题组和研究人员间的合作与协调等,都十分规范有序,但作为材料实验室腐蚀研究组里唯一的外籍华人,不能进入美国国家实验室核心的研究项目,加上国家实验室森严的保密政策、僵化高昂的人力物力费用、繁杂的学术交流限制,渐觉自己未来科研空间有限,最终于2015年辞职回国,加盟厦门大学,回到福建老家。

  18岁从福建离家上大学,经北京、沈阳、布里斯本、墨尔本、布里斯本、底特律、橡树岭,最后50岁回到福建老家,老天让我用32年的时间,大学、中科院、跨国公司、国家实验室,轮了一遍;北上、南下、东进、西归,纵越南北半球,横跨东西大洋,兜了一大圈,最后又回到了原点。真是:少小离家老大回,乡音无改鬓毛衰。儿童相见不相识,笑问客从何处来?原来对科研事业充满幻想的壮志青年,变成了割舍不下腐蚀研究的皓首老翁;曾经土生土长的主人,如今却变成了乡亲眼中的外来落户。冥冥之中似有注定,唏嘘而后仍需苦干。

  记者:您在镁合金腐蚀防护研究方面颇有造诣,请给我们一下您在这些方面的取得的科研成就、印象深刻的典型案例?

  宋教授:虽然我从事镁合金腐蚀防护工作20多年,发表了数篇论文、出版了几本中英文书籍,申请了一些专利,但称不上什么造诣。成功案例没有,失败的却有一个,至今印象深刻的,那就是镁阳极溶解机理(负差数效应)的学术争议。我的观点是:镁阳极极化时阴极析氢速度不应随电位升高而加速。为此,我提供了两个证据:一是原位显微观察镁合金电极表面腐蚀处析氢速度随电位升高显著增大、随电位降低而明显变小甚至停止;二是将电位提升到氢平衡电位时发现析氢速度仍然随电位升高而急剧增大(若是阴极析氢,在氢平衡电位附近析氢应该停止,决不可能增大)。这一观点的反对者是国际知名的腐蚀界大咖及其合作者。他们认为镁阳极溶解时阴极析氢速度会随电位升高而升高,原因是镁表面存在某种催化物(如杂质、阴极相等),它们的活性会随电位正移而增大。为尊重他们,我把我的结果写成论文,投到他们主导的杂志,并建议由他们评审,希望听取他们不同意见,好进一步提高和完善论文。这本来是正常的学术争议,应该百家争鸣。但很遗憾的是,对方在评审时,用了许多情绪化的言语,将论文批得一文不值。由于这起学术争议,我的相关论文几乎无法在对方控制的杂志上发表,有时连送审都不送就直接退回。这与我平常审稿的原则完全向背。我自己评审论文时,如果数据可靠,分析合理,立意新颖,贡献了新知识,一般都会鼓励发表;如果作者观点不合自己心意,我最多只是建议作者考虑或评判一下我认可的观点是否可行,决不会仅仅因为自己不同意作者的理论观点而建议刊物拒绝发表。自从这起我失败的争议后,我在审稿时就更加小心,唯恐自己不知不觉间成为学者们所痛恨的学霸。

  记者:目前国内外镁合金腐蚀防护的研究进展状况如何?中国与国外是否存在差异?如果存在,如何取长补短?

  宋教授:不敢妄加评判其它轻合金,若就镁合金的腐蚀于防护而言,我国总体上正在超越国际水平。这主要得益于我国政府多年来大量科研经费的投入,归功于大批的科研团队和科研人员的艰辛努力;而西方许多国家由于经济原因,科研投入远不如我国这么集中,于是相关的研发工作就相对变缓。不过我们也应清醒地认识到,尽管我们顶级的科研成果的数量和质量都已经在超越国际水平,但我们低水平的工作也不少,所以平均水平仍然相对较低。其中一个重要的原因是国内基础最好的研究生都倾向于留学国外,而研究生是各国科研的生力军。我相信随着我国经济的发展,大批海外学者的回归,这种趋势将会很快得到扭转。一方面,大批海外学者的回归是带动研究生观念转变的一个重要因素,牵扯到国家层面顶层政策设计,基层用人单位考评机制的转变。另一方面,我们国人也应对自己要有自信,不应妄自菲薄,这可能对研究生崇洋观念的转变影响更多。

  记者:镁合金腐蚀防护是您的主研领域,请您谈谈镁合金腐蚀的现状及未来镁合金防腐技术的发展趋势?

  宋教授:《镁合金腐蚀与防护》(化工出版社,中国,2006年)、《Corrosion of Magnesium Alloys》(Woodhead Publishing, United Kingdom, 2011)、《Corrosion Protection of Magnesium Alloys》(Woodhead Publishing, United Kingdom, 2013)三本专著的序言分别都对这一问题作了基本的阐述,这里我只着重强调两点个人看法:

  (1)镁合金腐蚀研究的发展,取决于镁合金的实际应用。国外汽车行业经过最近一轮的经济危机,进入调整期,对镁合金这种仍需要长期基础研究的新材料热情不再;而国内的汽车、航空航天、军工等行业正蓬勃发展,它们必将会推动镁合金腐蚀防护研究的不断进步。因此,今后几年,在镁合金腐蚀与防护研究的热度上,国内可能会全面超过国外。

  (2)经过汽车工业实用的挫折,国外已认识到镁合金的发展不可能跳过基本的科学探索阶段,已开始转向到基础理论研究上来。 国内以工业发展为基础,企业需求为推动力的镁合金研究,必然会偏向于以应用开发为导向的镁合金腐蚀防护技术方面。为此,在较短的未来,国内和国外在镁合金腐蚀与防护领域上的热点可能稍有不同。

  (3)镁合金金在实际应用中目前遇到了腐蚀问题的巨大挑战,但机遇与挑战并存。从长远看,作为具有许多其它材料无法替代和比拟性能的轻质结构和环保无毒功能材料,镁合金依然是前途无量。就像天赋异禀的儿童,尽管目前体弱多病,但经过细心调理,假以时日,任用得当,总有发挥其特殊才能的一天。

  记者:作为第九届全国腐蚀大会的分会场主席,请谈谈您对第九届全国腐蚀大会的看法和期许?

  宋教授:从参加人数上讲,中国腐蚀大会在国际都称得上是最大的专业会议之一。作为一个国家的专业会议而言,没有任何一个国家的腐蚀学会能有像中国腐蚀与防护学会这么大的号召力。第九届全国腐蚀大会是在以往几届获得巨大成功基础上召开的。我希望本届大会,百尺竿头,更进一步,在参会论文质量上进一步提高;同时也希望本届大会,能吸引到更多的台湾、香港、澳门,乃至国外腐蚀界同行来参加。

  后记:镁合金作为一种非常理想的现代工业结构材料,早期被广泛地应用于航空、航天 、电子工业、电讯、音响材料等领域也有了极大的发展,进入21世纪以来,镁的最大也是最为持久的热点是作为汽车、笔记本电脑、手提电话及电视机零件上镁合金压铸件的使用。随着科技的发展,镁合金性能的增强,我们相信镁合金未来将会有更为广阔的用武之地!

  人物简介

  宋光铃(英文名Guang-Ling Song或Guangling Song),曹楚南院士90届硕士、93届博士毕业生,中组部第9批“千人计划”入选者,现任厦门大学材料学院教授、博士生导师;曾历任中科院腐蚀所副研究员、电化学室主任,澳洲公路交通局工程师、昆士兰大学轻合金中心高级研究员、博士生导师,美国通用汽车公司研究总部主任研究员,美国橡树嶺国家实验室高级专家研究员;同时兼任澳大利亚昆士兰大学兼职教授、美国基金委金属生物材料研究中心临床与科学顾问委员会委员。研究领域为金属腐蚀防护,承担过多项研究任务,指导了多名硕士、博士和博士后。已有近400篇各种学术论文、专著、书籍章节、美国专利、工业报告、国际学术会议主旨报告、科研机构特邀演讲等。 所发论文的SCI引用超8300多次, h-index 因子现为42。曾获数个优秀论文、材料商业化奖等。频繁担任数个国家的基金评审人,兼任数个国际学术杂志的专业主编、客座主编、和编委,组织国际学术会议、多次担任分会主席。