问道贵专精 炼器亦修行 ——上海交通大学教授、中国工程院院士丁文江

在上海交大轻合金精密成型国家工程研究中心展示厅里，各种合金零件琳琅满目，小到锅碗瓢盆，大到汽车飞机和导弹，从民生到军工无奇不有。

从1985年参与桑塔纳汽车关键零部件国产化开始，中国工程院院士丁文江研究镁材料整整34年。从第1代的阻燃镁合金更新到十几代，从单一的轻量化材料到各种功能性材料，包括心脏支架医用材料、镁基能源材料，甚至在农学和健康领域也有诸多应用前景。在他的手里，金属镁已经摆脱了有形的躯壳，超脱成为充满个性和魔力的神奇物质。

“材尽其性，顺性而为。”丁文江常把这句话挂在嘴边，这也是专注材料30多年来最大的感触和收获。在他看来，炼器亦是修行，专注一点久了，眼界和思路也会变得开阔，材料才能发挥诸多意想不到的神奇功用。

轻：打破禁忌，开启镁的轻量化时代

　　在火箭上，如果材料可以轻上1克，那么其节约的经济价值甚至超过1克黄金。而在民用领域，轻量化材料也是几乎所有工业领域都在追求的。镁在实用金属结构材料中，比重最小，仅为铝的2/3、钢的1/4。但是，这样的金属由于易燃烧、易腐蚀、强度低，以往只能在烟火和镁光灯中看到它的身影，而航天材料中的镁合金几乎都是进口自苏联。另一方面，中国缺油少气，却是十分难得的镁大国——无论储量还是产量，均占全球的90％以上。

　　上世纪80年代，桑塔纳汽车国产化行动如火如荼，丁文江承担了用镁合金代替变速箱壳体和壳盖两项课题。常规镁合金的燃点仅520℃，远低于合金熔点，导致其易燃而生产困难。而且常规镁合金强度不高，承力比较差，在汽车车轮毂、缸体、发动机支架等最需要轻合金的地方，难堪重任。

经过反复试验，丁文江发现，通过加入两种重稀土，让镁合金的强度、抗氧化燃烧能力和耐腐蚀性能得到大幅提升。但要在无人区里开疆扩土，难度可想而知。“重稀土比重是镁的4—5倍，熔点高达1300度，而镁的熔点只有600多度，等重稀土熔化时，镁早已氧化了，要想相融混合，难如登天。”回想起当初的研发经历，丁文江感慨地说，“不止如此，由于技术是国际首创，从炉体、材料到工艺，每一步都得自己慢慢蹚过去。”

经过无数个日夜，丁文江终于开发出一系列的技术，利用稀土和镁氧化物共电解的方法制备稀土镁中间合金，成功让“水火不容”的重稀土和镁成功结合在一起，开发出高性能的阻燃镁合金，不仅将镁合金燃点提高至935℃以上，还大幅增强了其强度和韧性，成功解除了镁合金一度不被允许用在民用航空业和汽车高端制造业的“禁令”。1985年，看着用阻燃镁合金锻造的汽车变速箱在第一汽车附件厂下线，丁文江激动不已。

如今，丁文江团队已经创造出一系列新型高强度的镁合金材料，其中4种已经成为国家标准、6种正在进入国际标准。中国已经具有镁合金的国际话语权，开启了“镁”的轻量化时代。

耐腐蚀、耐高温、高强度、高韧性……各种型号的镁合金不仅应用于汽车，更推广应用到航空航天等领域的关键承力件。随着中国“镁”的层层修炼，从手机外壳到飞机框架，再到实现装备大幅度减重，中国的镁技术及制品越来越“高大上”。美国通用汽车37套模芯组成的全镁V6发动机缸体、日立公司实现减重30％的耐热镁合金活塞、波音公司的民机座椅骨架高强镁型材……丁文江团队的研究，让许多响当当的国际巨头，心甘情愿来到镁大国，求助于中国“镁”。

　　道生一，一生二，三生万物。材料也是如此。一种材料钻研久了，心境也就开阔了。如今的镁材料，已经从当初的轻量化结构材料，挖掘和开发出了一系列新功能。

一次和医生的闲聊中，丁文江注意到，许多骨折病人或是心脏病患者，肌体康复后，健康却埋下了一种说不出的“痛”——金属支架留在体内难以降解，许多人不得不忍受二次痛苦手术取出。以心脏支架为例，目前一般使用的是钴铬合金材料。“一颗需要植入支架的人体心脏，就像塌方后的隧道。要清理塌方，就先搭脚手架。心脏支架扮演的是脚手架的功能。”这一番形象的比喻，是丁文江听中科院院士、复旦大学附属中山医院教授葛均波讲述的。而关于支架的材质，葛均波预想过更美妙的状态：最好在完成介入手术，待心脏支架把病人的动脉血管支撑起来后，支架就能慢慢降解、消失，而不是永远以金属的状态残留在病人体内。

丁文江灵光一闪，镁是可降解的呀，还是人体所需的有益元素，能不能让镁合金替代传统的医用金属支架呢？原本活泼易氧化的特性限制了镁材料的工业应用，如今思路转变，这种特性反而成就了镁在医用可降解材料中的应用。不仅如此，通过研究还可以控制镁降解的周期。在丁文江的手里，镁材料的研究就像变魔术，随心所欲，巧妙至极。

丁文江带领团队基于“生物安全性、力学相容性、降解可控性”的原则，着手研发新一代可控降解的医用镁合金，终于开发出具有国际先进水平的骨科内植物器械和心血管原型，均在动物体内实验获得成功，解决了过去医用金属不可降解的烦恼。不但如此，研究还发现，镁降解的同时释放的氢气，有助于伤口消炎，使得医用镁材料如虎添翼。目前，相关产品已经开始人体临床试验，列为候选的国家认可镁基生物材料，有望掀起一场“医用金属领域的革命”。

以医用可降解镁材料为起点，基于镁材料的功能性研究一下子打开了镁作为功能材料的大门。

镁和氢的结合，是丁文江团队正在开拓的一个全新领域。在镁基能源材料领域，丁文江团队研发的镁基储氢材料，可以将氢以固态形式储存，使电池具有极高的能量密度。以无人机为例，以往无人机的飞行时间一次只有半小时，如今提升至4到6小时，一口气可以飞行300公里。今年年初，“上海交通大学氢科学中心”正式启动，并筹备成立“中国氢科学与技术联盟”，重点研究氢能源和氢生物领域的关键科学问题，包括光氢催化、光电氢转化、光热氢转化、氢存储应用、氢医学、氢农业等关键共性技术。镁作为氢最佳的载体之一，正面临着前所未有的巨大应用潜力。

一场关于氢和镁的革命已经悄然开展。

用：有用是材料研究的灵魂

　　专注一个领域34年的丁文江常常教导学生，做材料必须要持之以恒，“深其一点，究其本质”，而不是往“钱”看。但是他也说：“材料就是有用的物质，有用是材料研究的灵魂。”身在高校一心一意搞科研的丁文江，同样能跳出书本、论文，从企业生产看科研。

用出世的态度做研究，用入世的态度做产业。

在参与国家重大科技布局研讨时，丁文江曾提出，材料研究要与产品挂钩，否则效率和功能都要打折扣。在他眼里，材料研究如果不是瞄准应用，就不能算是在研究材料。凭着扎实的基础研究，他让镁材料“脱胎换骨”，在航空航天、能源、医疗等各个行业大显身手。他的团队近10年先后输出40多项镁合金技术，直接孵化出了8家高新技术企业。通过成果转化，近年新增产值2.8亿元。

把基础研究、应用开发、工程化研究和技术转移有机融合，有人说，丁文江的成功让人羡慕，又让人有点难以复制。

科技成果转化并非易事，镁合金研究何以能孵化出这么多企业？丁文江说：“科技成果转化之路是比想象中难走，但这并不等于说，科研人员完全没办法作为。”

“创新真的很难！”丁文江呼吁，需要更多制度和管理层面的改革。“科研人员从事成果转化的难处，主要是两头受挤压：一头是高校，大学对教师的基本评价还是数论文，拿不出论文，老师的职称解决不了；另一头是企业，很多本土企业在经济效益看好时，更喜欢引进成熟的产品链，支持真正具有重大创新性的产品研发的意愿不强烈。”

即便现状一时难以有“质”的改观，但丁文江总是抱着乐观的态度，正如30多年前他坚信镁合金会有灿烂的前景一般。