“寓精于料，料要成材，材要成器，器要好用。”——丁文江院士的16字“材料箴言”。

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……能够让这些响当当的国际巨头心甘情愿地求助于中国“镁”，丁文江院士团队厥功至伟。

人物介绍

丁文江：中国工程院院士，上海交通大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。历任上海交通大学副校长、上海市科委副主任、上海市科协副主席。

丁院士从事先进镁合金研究40余年，创制了世界上性能最优、质量最轻、最耐热的镁稀土合金，建立了中国自主的镁稀土合金技术标准体系，率先实现了镁合金从非承力结构件至主承力结构件应用的颠覆性跨越，为我国新一代“大国重器”的研制做出了卓越贡献。

如今，他的团队在世界镁合金研究上形成了三个第一：发表论文总数第一；发明专利拥有量第一；应用部件开发数及开发能力第一。这个团队迄今已成功完成多项科技成果转化，累计向社会输出技术40多项，直接孵化出了8家高新技术企业。最近3年，新增产值2.8亿元。

镁合金有多重要？

镁合金由于密度低、比强度和比刚度高、阻尼性能好、储量丰富、易回收再生等特点，被誉为21世纪最佳的绿色工程材料，在3C产品、航空航天、轨道交通领域具有广阔的发展前景，并取得了可观的研究和应用成果。尤其是在“碳达峰”和“碳中和”背景下，镁合金优异的轻质性带来了显著的减重减排效果，而极丰富的储量又为其广泛应用提供了有力的保障。因此，镁及镁合金的发展与普及是实现双碳目标最佳的解决方案之一。然而，现阶段镁合金的多领域、深层次应用仍需克服许多困难，如力学性能欠佳、耐蚀性差等，限制其在结构材料领域的应用。

聚焦镁合金材料四十载，多次取得突破性成果

每一个学过化学的人，都应该知道镁这种金属元素。它占据着元素周期表上第 12 号排位，它既是于自然界广泛分布、且属于人体必需元素的一种，又是常见的一类密度小、化学活性大的轻金属。

但在实际生活中，普通人似乎只能通过两种方式直接知道镁这种元素。其一是节日之际燃放的焰火，就是通过镁燃烧后会发出刺眼光芒的原理制成的，如果在其中添加不同的氧化物，便可呈现出丰富的色彩。其二是早期照相时使用的镁光灯，也是通过燃烧镁粉放出强光实现的。

于丁文江而言，他和镁的结识有些与众不同。

1983 年，中国刚刚引进桑塔纳轿车。在推进国产桑塔纳下线的过程中，上海第一汽车附件厂发生了一次燃烧事件。当时相关负责人以为是铝发生了燃烧，便邀请从事铝研究的丁文江前来一探究竟，但经过确认才发现，是桑塔纳上的两个镁合金零件，即变速箱的壳体和壳盖，发生了燃烧。

这次经历，让丁文江开始对镁材料产生兴趣。

1987 年，他参与到桑塔纳轿车镁合金变速箱的国产化科研工作中。

“当时，中国正值改革开放，几乎所有产业领域都在引进国外生产线，包括钢铁、洗衣机、电视机、冰箱等。我们科技人员的主要职责，就是把引进来的产品进行国产化。”丁文江表示。

在他们投身于镁合金材料的制备时，发现其中存在一个很大的问题。

一般来说，所有的金属材料都是先熔化，再燃烧，也就是熔点低于燃点。但镁材料却刚好相反，因为其燃点低于熔点，所以往往还没熔化，就会与氧气发生反应并燃烧。

可是，在制造任何产品之前，都需要先经过熔化材料这个环节。因此，镁的这种特性，给产品生产带来了极大阻碍。

虽然他们使用各种手段，来为镁材料提供保护，但这种方式也增加了生产的难度，并提高了成本。

为了攻克这个问题，丁文江开始研究镁发生燃烧的原因。

和铝一样，镁和氧的亲和力也非常大。不过，铝和氧可以通过反应生成三氧化二铝，后者能够阻止铝继续被氧化。而镁的氧化膜是疏松的，就像鱼鳞一样，存在一片一片的间隙，所以并不能阻止镁的持续氧化。

基于此，丁文江和团队通过改造镁的氧化物结构，即使用掺杂稀土元素的氧化膜，让其和镁的氧化膜实现互补，进而开发了阻燃镁合金，成功地将镁的燃点从 520℃ 提升到 935℃，远远高于镁的熔点（651℃）。基于该项成果，他们获得了国家科学技术进步奖。

除了燃点较低外，镁还存在另外一个弱点，那就是强度不够高，而这会给大规模应用带来难题。

对此，他们在高强度镁合金方面进行探索，最终将镁合金的强度提高到 500 兆帕，使用温度提高到 300℃。

将镁和氢成功地联系到一起，开拓出镁基能源材料的研究方向，则是丁文江的又一项重要研究。

在推进新能源发展和绿色低碳转型的过程中，排在元素周期表第一位的化学元素氢，扮演着关键角色。虽然氢是绿色清洁能源，但其要想实现规模化应用，却并非轻而易举。

这是因为，氢通常以由双原子分子组成的氢气形态存在，在常温常压的状态下，极易发生燃烧和爆炸，非常不利于储存和运输。即使是采用目前常用的高压气态储氢和低温液态储氢等储氢方式，也需要耗费巨大成本。

为了破解这个难题，丁文江团队花了很长时间探索和尝试。最终，他们决定将镁和氢直接结合，从而制备出含有镁氢元素的合金材料，让氢能够借助常温低压条件下固态储存的方式，很好地“留存”在镁基材料中。

经过测试，他们发现采用固态储氢方式，可以实现每立方米 110 公斤氢气的储存。这一数据远远超过用高压气态和低温液态方式储存的氢气量，后两者分别为每立方米储氢 14.4 公斤和 70 公斤。据了解，去年 12 月，他们已经设计出可以储存 1.5 吨氢气的世界首台标准化镁基固态储氢车。

据悉，这种固态储氢方式，既能够适应大规模、长距离的氢运输，又有利于储存多余的能源，可广泛应用于储能、交通运输、热电联供等领域。

联合创立高端制造设备公司，助推技术自立自强

“中国改革开放的前三十年里，在跟踪、模仿、引进、消化、吸收和竞争上，花了很大的力气。我把这个发展现状做了一个总结，叫向下拓展。桑塔纳的引进和国产化，便可看作是其中的一个缩影。十八大以来，我国进一步加强了对科技创新的重视。如今二十大又将科技发展提到了一个更高的程度，即加快推进自立自强。因此我认为，未来我国科技一定会以向上溯源为发展方向。”丁文江表示。

迎着这个发展趋势，丁文江联合中国科学院院士张泽，以及其他经验丰富的工程技术专家，共同创办了无锡亘芯悦科技有限公司，并由丁文江院士担任公司的首席科学家。

据介绍，这是一家高端制造设备公司，主要聚焦于量测与检测设备的研发和生产，应用于半导体等高端制造业。

在该公司名称的背后，隐含着哪些立意呢？

据丁文江介绍，亘芯悦所专注的业务，是芯片生产过程中必不可少的一个环节，会对中国芯片产业链的发展起到良好的补充作用。

因此，“亘”是亘古不变的意思，表达公司坚持立足长远的发展使命；“悦”则取高兴之意，希望既能够让芯片感到高兴，又能够让做芯片行业的人感到高兴，意在开发高质量的检测设备。

那么，该公司的初衷与使命，又将以怎样的发展策略来践行呢？

丁文江表示：“我们主要从完成进口替代和实现存量选优这两个策略出发。”

对于进口替代，他介绍了公司正在开展的其中两方面工作。

一方面，是实现检测设备中腔体材料的更新换代。

在检测设备中，有一个用于提供真空环境的腔体。它的精度和稳定性，对于设备性能来说至关重要。

芯片制程正在朝着越来越小的方向发展，制造设备的腔体减震上必须得到充分保证。尽管机械减震是通常采用的方法，丁文江团队研究发现，材料也可以在减震方面发挥很大作用。他们正在尝试使用镁材料，来制造原来基于铝材料制成的腔体。

“一旦成功，我们就逐步达到了更新换代，进而实现了一个细分领域的自立自强。”丁文江说。

另一方面，是实现电子枪材料的更新换代。

电子枪是电子光学领域的一个核心零部件，其主要功能在于发射电子、控制电子流、聚焦电子束等，多用于钨丝灯和显像管中。

目前，所有的电子枪都是基于钨材料，朝着从大到小的方向，通过不断研磨、切削来制备。

在这方面，丁文江团队改换从小到大的制备思路，正在探索使用比钨材料更合适的材料，制备新型电子枪。

这些例子体现了存量选优的策略，也支撑着亘芯悦的发展。简单来说，是用多年积累下来的深厚产业经验作为支撑，在已有产品的基础之上做好成本控制，选择最合适且最有用的那些技术与材料来提高产品的性能指标。

“我们希望公司通过转化这些科研成果，在未来可以达到增量创优的目的。同时，科研成果的高水平工程化，可以将企业带到该领域的领先地位，也是我们科技产业的一个愿景。”丁文江最后表示。

文章来源： DeepTech深科技，特铸杂志，有色金属结构材料