“材料是工业之母，是我国工业领域解决关键问题，实现‘弯道超车’的核心。”带着这样的使命感，2021青岛市科学技术最高奖得主、中国海洋大学-山东科技大学海洋装备材料与技术联合研究中心主任崔洪芝与材料打交道已有三十余年。
在海工、能源、交通、军工等领域，材料服役环境严酷、性能要求严苛。而崔洪芝的主要工作，就是通过开发新材料、研究新技术、制造新装备，为这类极端环境装备提供更可靠、更安全的材料和表面强化技术，为关键部件穿上了国产“防护服”。
崔洪芝的成果在相关领域应用，为装备安全运行、事故率持续下降，为关键材料实现国产化并走到世界前列作出了重要贡献，累计创造经济效益达60亿元。
填补我国等离子表面强化技术空白
1965年，崔洪芝出生于山东省栖霞市的一个书香门第。作为教师的父亲有订阅各类读物的习惯，崔洪芝的童年是与《新青年》等期刊和各类书籍相伴度过的。在她的回忆中，父亲经常帮人写信、写对联、写宣传材料等。“父亲在纸上、墙面上写字的时候，我经常帮他研墨、提油漆桶。”崔洪芝回忆道。这样的成长环境，让崔洪芝对求知、求学有一种天然的热情与向往。她说：“耳濡目染之下，走上科研道路是水到渠成的选择。”
1982年，高考入学率仅有约17%，崔洪芝考入了山东大学（前身山东工业大学）金属材料及热处理专业。虽然进入这个专业是被调剂的，但开学第一堂课之后，这种“被动”选择在崔洪芝心里就转换成了“内生动力”。
“材料学科是非常重要的基础学科，决定着很多大型装备的性能，我国在装备水平上与国外有较大差距，根本上就是因为材料性能‘不过关’。”即使到今天，当时老师在课堂说的话依旧刻在崔洪芝心里。“我当时就暗暗发誓，要在材料领域钻研出成果，应用到国产装备和工业领域。”崔洪芝说。
研究生毕业后，崔洪芝进入高校工作，在化工、矿山、冶金、内燃机等领域调研时，经常看到因为材料性能不过关造成的停工、停产和大量的材料浪费的现象，甚至有时会引起突发安全事故。
上世纪90年代初期，国际上对各类材料进行表面强化的“主流”方式是激光处理。但这种方法价格昂贵，一台进口激光处理设备动辄高达几百万元乃至上千万元；国内普遍选择的电镀方式虽然价格低，但强化效果差且污染严重。能不能开发一种类似于激光的可以高效地强化材料表面性能的新工艺，兼具高效率和实用性？崔洪芝把目光投向了等离子高能束表面强化技术。与激光相比，这种技术适应的场景更多，输出效率可达80%。
当时，全球在等离子束相关领域尚没有成熟成果可以借鉴，我国更是近乎空白，加上科研条件薄弱，对于只有二十五六岁的崔洪芝来说，科研难度不小。“早期的等离子发生器的图纸有几十张，经常是送到企业加工时就被否定了，因为很多结构就像‘纸上谈兵’，没办法加工出来。”在崔洪芝的回忆中，各种各样的困难很多。
为了兼顾水、电、气以及各项功能，好不容易做出来的“初代”等离子发生器的体积巨大，崔洪芝一个人甚至抱不动。为了解决这些问题，崔洪芝日夜忙碌，几乎“住”到了实验室。随着对相关原理的了解越来越清晰，崔洪芝率领团队攻克了等离子束稳定性、可控性、大功率、小型化等技术难题，终于在全球首次开发了高能等离子束表面冶金强化技术，它可使材料表面具有耐磨性、耐腐蚀性、耐高温氧化性、减摩性等，一举将关键部件寿命延长3至5倍，而且成本降低至此前的四分之一，在内燃机缸体、缸套领域60%的厂家获得应用。
自此，崔洪芝为煤炭、石油、化工、冶金等行业开发出了“用得起”的技术，相关产品国内外市场占比最高接近50%。得益于这项技术，石油机械整筒泵管这类大长径比部件的寿命由平均不足半年延至2年以上，解决了深井开采的高温腐蚀磨损难题，达到了国际领先水平。
这项为相关行业带来“革命性”改变的技术，让崔洪芝以第一完成人的身份获得2008年度国家科技进步二等奖。
面向实际需求，开发高性能材料
如果材料本身性能很差，再厉害的技术也无法对其进行强化。因此，崔洪芝把研究方向转回了材料本身。“材料的不同性能往往存在矛盾关系，例如，耐磨性和耐蚀性、耐蚀性和强韧性都难以在同种材料上并存，这就需要通过成分和结构设计实现材料性能的协同提升。”她说。
直面我国材料性能要求多样化的难题，崔洪芝带领团队建立了材料多种性能协同提升原则，开发了高通量材料设计和制备技术，发明了耐磨、耐蚀、高强韧的系列材料。通俗来讲，就是通过计算设计、高通量制备及表征技术，制造出多种性能“样样都强”的材料。“从1到N”，崔洪芝在涉海高品质金属材料、能源材料、高性能材料、极端环境下的耐磨蚀材料等领域取得了多项突破。
科学研究脱离了实际需求就失去了方向，崔洪芝团队从行业的实际需求出发，通过产学研合作，建立起了耐磨蚀材料数据库，开发出20余种耐磨蚀材料体系，搭建了高通量技术平台，开发了激光和等离子复合的高速熔射表面强化技术。如此一来，针对各种工作环境，崔洪芝都能快速提供“量身定制”的防护方案，延长关键部件的使用寿命。
针对高铁制动盘材料“卡脖子”的技术难题，崔洪芝团队解决了耐磨和强韧难以并存的难题，为高铁“定制”了耐磨损、耐疲劳、抗热震的制动盘，在时速385公里的条件下，该制动盘的使用寿命提高了2倍以上，为高铁的高速安全制动提供了材料支撑。
在煤炭深部开采这类持续淋水、腐蚀的作业环境中，支护用的大型立柱需要更加“精心”的防护。崔洪芝通过开发耐蚀耐磨材料、使用高能束表面冶金强化技术等方式提供“组合服务”，使支护立柱打压次数由2000次提增至16500次，实现了井下5年免维护。产品耐久、密封、溢流等关键指标超过国际知名产品，出口海外，形成了我国自主的材料、技术、标准体系。我国煤炭行业“50强”企业中，有30家用的是崔洪芝团队的产品和技术。
崔洪芝团队主持完成的耐磨蚀抗热震材料及涂层技术，推广应用于海工、能源、轨道交通、环保、冶金、化工等领域，获2019年度国家技术发明二等奖。
针对现有的柴油车尾气过滤技术造成发动机动力损耗较大的难题，崔洪芝将金属与陶瓷优势结合，开发出金属间化合物过滤体，兼具金属的高导热性和陶瓷的耐高温性、耐蚀性，实现了过滤体的功能升级，解决了高过滤效率和高损耗之间的矛盾。与传统过滤体不足30万公里的寿命相比，该过滤体寿命超过国六标准规定的70万公里耐久性，颗粒物排放远低于限值，关键指标优于美国和日本产品，实现了国产替代，在国内柴油车尾气后处理市场占比达到30%。
“做科研要有‘不破楼兰终不还’的决心”
三十余年间，崔洪芝与世界科技前沿、经济主战场、国家重大需求 “同频共振”，以行业实际需求为牵引，“倒逼”基础研究创新。在基础研究和应用技术开发“并驾齐驱”的历程中，给国产关键零部件穿上了“量体定做”的“防护衣”，推动我国材料领域走上了全球前沿，在产业化应用中实现了国际引领。
现在，崔洪芝团队产出的材料、技术、设备、工艺已经成为多个极端环境的“标配”。产业化之路如此顺畅，是因为崔洪芝从不在实验室搞“空中楼阁”式的研究，而是把科研“写在”极端环境的应用需求中。
“以前做材料设计都是功能导向、性能导向，研制出新的材料再去找应用场景。”崔洪芝说，“我们转换思路，先了解极端环境需要什么材料、什么性能，以需求驱动进行材料成分、结构和性能设计，并提供适配的设备和工艺方案，这样系统地解决问题。”
截至目前，崔洪芝已经以第一完成人的身份获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖、山东省科技进步一等奖和山东省技术发明一等奖各1项；发表SCI论文260篇，获发明专利授权60余件。基础研究和产业应用“两条腿走路”，奠定了崔洪芝在我国极端环境材料损伤防护领域的突出地位。
攻克材料性能不过关这个“顽疾”不是一日之功，期间的困难常人难以想象。多少个技术攻关期，崔洪芝都是吃着泡面在实验室度过的。由于过度劳累，她的颈椎、腰椎已经长期劳损。对此，崔洪芝甘之如饴，她说：“瞄准一个重大难题进行科研攻关的时候，根本感觉不到枯燥和劳累，科研就是要有‘板凳敢做十年冷’的毅力和‘不破楼兰终不还’的决心。”
以此次获奖为新的起点，崔洪芝将面向国家战略性新兴产业迅速发展提出的更多需求，以重大项目为牵引，继续产出重大成果；同时，要培养创新人才和团队，加强学科建设，突出办学特色，打通人才培养的供给侧和产业发展的需求侧。
“新材料是各行业赖以发展的基石和先导，是国家强盛之基、安全之要。”崔洪芝说，“要推动创新链、人才链、学科链、产业链协调发展，为推动我国材料事业再攀高峰而努力。”（青岛日报/观海新闻记者 耿婷婷/文 史鉴/视频）
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