在2025浦江創新論壇主論壇上,遼寧材料實驗室主任盧柯院士以金屬材料研發者的視角,系統闡述了我國科學家通過"雙鏈協同"模式突破材料性能瓶頸的創新實踐。這場以"科學發現與技術創新共生"為主題的演講,揭示了金屬材料從實驗室走向工業應用的完整路徑。
金屬材料的韌性研究始終占據材料科學的核心地位。"韌性作為金屬區別于陶瓷、塑料的關鍵特性,直接決定著工程結構的安全邊界。"盧柯院士指出,傳統研究多聚焦于合金化改性,通過添加微量元素優化性能,但這種路徑存在理論天花板。25年前,其團隊另辟蹊徑,選擇通過工藝調控改變材料微觀結構,在不改變成分的前提下實現性能躍升。這種"結構工程"理念,當時被國際同行視為高風險創新。
突破性成果始于2000年代初的脈沖電沉積技術。研究團隊首次制備出納米孿晶銅,其強度超越鋼材的同時保持純銅級導電性,成功破解強度與導電性此消彼長的行業難題。隨后發現的梯度納米結構更具革命性:通過表面塑性變形構建的梯度晶粒層,使金屬同時獲得高硬度、高強度和優異韌性。這項被學界稱為"材料科學里程碑"的發現,徹底顛覆了傳統金屬強化理論。
技術轉化面臨更嚴峻的挑戰。如何實現納米結構的穩定、均勻制備成為產業化關鍵。研究團隊歷時十余年攻克工藝瓶頸,最終將梯度納米技術應用于鋁材軋制輥制造。在西南鋁業的中試項目中,新型軋輥展現出顛覆性優勢:耐磨性提升數倍,使用壽命從傳統產品的幾十天延長至280天以上,部分設備實現全年免更換。這項技術已進入鋼廠批量試用階段,預計每年可為行業節約數億元成本。
"材料研發是科學發現與技術創新的雙向驅動過程。"盧柯院士特別強調實踐中的認知迭代。當晶粒尺寸縮小至50納米以下時,材料穩定性不降反升;突破10納米極限后,銅材料竟形成智能晶體結構,強度接近理論極限。這些突破性現象,均源于先進工藝對微觀世界的深度解析。基于此認知,遼寧材料實驗室構建了覆蓋基礎研究到產業應用的全鏈條創新體系,設立六大技術方向,組建由200余名專職研究員和300余名兼職專家構成的國際化團隊。
這種創新模式正在重塑材料研發范式。實驗室通過設立專項研究所,打通"基礎研究-工藝開發-工程應用"的轉化通道,形成科學問題與技術難題的閉環解決機制。在金屬材料領域,這種雙鏈并行的研發策略,已催生出多項具有自主知識產權的核心技術,為我國高端制造業提供關鍵材料支撐。