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当超细粉末借助气体介质力量从喷枪喷薄而出的瞬间,这些细小颗粒随着高速旋转过后经过物理和化学反应将完成一次化茧成蝶的蜕变。彼此之间毫无关系的颗颗粒子犹如手拉手的“好兄弟”聚合而成了三围网状结构,一层耐磨、耐高温、耐腐蚀的特殊防护膜就这样神奇地形成了。熊天英每天的工作就是让这些不同材质的粒子发挥最大的生命力量,试验并研制出应用于我国航空航天和工业生产的金属防腐涂层。
25年来,熊天英成为了研究所里最会与“粒子”打交道的女人。她先后组织完成了国家自然科学基金、国家863、国家921、国家科技支撑计划、国家02专项、科学院创新专项及省市基金等各类科研项目。她还荣获了中国人民解放军总装备部军队科技进步二等奖等国家、省、市的诸多荣誉。
收获宝贵精神财富
追随
名师
“我感到大师能够给予我的精神财富是巨大的。大师的科学目光更具前瞻性,科研方向把握更精准,这是我们科研工作者一生受用不尽的精神财富。”谈及恩师熊天英感慨颇深,这是因为她初入科研领域就与名师结下了一段师生缘。
熊天英出生在一个工人家庭。工厂的机器轰鸣声伴随着熊天英长大,这也让她对工业产生了浓厚的兴趣。硕土毕业后,本想进入石油化工领域工作的熊天英并没有想到一个继续深造的决定改变了她的人生轨迹。1987年,一个偶然的机会,熊天英听说中科院院士陈家镛先生要招收博士生。“那时候,很少有院士招收学生,我当时兴奋极了,完全是怀着一种崇拜的心情去报考。”当时,陈家镛先生在化工和冶金跨领域结合研究方面颇有造诣,被誉为中国化工“牵手”冶金的大师。凭借扎实的无机化学专业知识,熊天英顺利地成为陈家镛的弟子,开始了4年跟随名师的学习生活。
“跟随名师学习不是要借助名师的名气和影响力,而是要学习名师严谨治学的态度和科学的思维方式。”熊天英说。在跟随陈家镛学习的过程中,陈家镛经常教育她要“学然后知不足”、“要实事求是,不要弄虚作假,不要心存侥幸”……这些精神财富也给熊天英今后严谨的科研态度和用于挑战科研难题的精神打下了坚实的基础。
如今,在熊天英的脑海里还时常闪现出导师常挂在嘴边的一句话:“科学研究一是一,二是二,不是好像,更不是差不多。”正是这样的教诲让熊天英练就出不用查资料就能说出上千种金属材料属性和用途的本领,让她能够精准地筛选出每一次所需材料,完成一个又一个挑战。
实现飞天“中国梦”
勇于超越
1991年,熊天英进入中科院金属研究所工作,真正进入了材料领域研究。回想起工作中承接的第一个高纯气体瓶的项目让她至今记忆犹新。当时,国内盛装高纯气体的瓶子都要靠外国进口。熊天英和她的团队主要任务就是要给高纯气瓶穿上一层防护衣。“这个项目在当时难度极高,因为是国内空白,可借鉴的经验也不多,要给1.5米高300毫米的瓶子里面加防护层均匀是关键。”熊天英说。熊天英首先想出了一个办法就是在瓶中装上液体开始滚动,这样滚动不但方法笨拙且效率低下,防护涂层不均匀且易脱落,成品率只有10%。付出的努力换来的却是不理想的结果,这不禁让熊天英情绪有些低落。“这个项目能完成吗?这个国内空白能填补吗?”她反复与自己的心灵进行着对话。而每当这时,熊天英的脑海里都会闪现出导师陈家镛的谆谆教诲,回想起导师研究湿法冶金,住在云南山区了解千余种矿石属性的往事。熊天英的内心平静了下来,她反思应该是方法不适合。经过反复论证,决定选用特殊气体作为介质带动粒子的原理进行喷涂。其原理就好比是一瓶未开盖的汽水在开盖时气体喷薄而出沾在表面形成薄膜。只不过汽水带动的是水分子,而熊天英选用气体带动的是特殊材料粒子。熊天英查阅资料,层层筛选,最终选用了带氟气体带动树脂粉末进行喷涂。一次,两次……熊天英和她的团队经过反复试验,终于成功了。
这一次的成功让熊天英树立了信心。1998年底,熊天英和她的团队接到了一个艰巨的任务,让她振奋之余更颇感压力。中国神舟飞船生命保障系统特种高压气瓶防腐蚀项目。当时,我国还没有宇宙飞船升空的成功经验,这个项目直接关系着我国航空航天工程发展的进程。这不仅是熊天英的“中国梦”,更是13亿中国人的“中国梦”。
接到任务后,熊天英的心里十分忐忑。技术要求必须做到“特种高压气瓶加涂层不能掉,不加涂层不能锈。”熊天英也由此陷入了“加”与“不加”的困惑中。如何把这个不同寻常的瓶子做到符合技术要求,仍然没有太多可借鉴经验。这个与祖国航空发展息息相关的“生命瓶”如何能成功遨游太空,内层防腐技术则需要反复试验探索。而此时熊天英也感到了前所未有的压力。因为瓶内盛装用于宇航员呼吸的气体,熊天英第一个想法就是不加涂层,可是空气无法做到无水化,生锈导致的瓶体腐蚀碎裂在太空环境中会有子弹一般的穿透力。
熊天英决定尝试加涂层。她开始进行筛选符合呼吸标准的涂层材料,并一一开始试验。可刚开始喷涂就遇到了拦路虎。由于瓶口只有一个手指头粗细,喷枪喷涂仍不均匀。在一次次给钢瓶打水压、充气、放气进行检验后,钢瓶内层出现了脱皮问题。虽然脱落的涂层比小米粒还小,可是这对于宇航员在太空环境中行走却可能是致命的。
熊天英在一次浇花中受到了启发,改进了喷枪工艺。她发现浇花壶的喷头有多个空洞,可以均匀喷洒,她将喷枪头由水柱改成了花洒式。这样一来,的确均匀了许多。她大胆设想把涂层变薄,终于找到了“瓶”与“层”结合恰到好处的厚度,这相当于两个头发丝的横截面叠加的厚度。经过熊天英喷涂而成的薄膜不仅整张揭下不会碎片脱落,而且在太空环境里防腐时间能达到5年之久。从神舟1号到神舟7号,熊天英承担了生命保障系统用特种钢瓶防腐的全部项目。她和众多为我国航天工程发展而执著追求的科研人员一样,为国家、为人民也为自己实现了中国“飞天梦”。
技术扶持
“接地气”的专家心系民族工业振兴
有了成熟的特种钢瓶防护技术经验,熊天英又有了新的思考。“特种钢瓶防腐仅限于军工生产,范围太窄,不能为国家做出更大的贡献。我应该拓展研究领域。”一次偶然的机会,熊天英接触到了冷喷涂。这种利用高速气体带动金属颗粒的原理的技术大有可为,在国际上拥有成熟技术的国家还是少数。
就这样,熊天英出访了俄罗斯科学院理论与力学研究所,开始了冷喷涂技术的学习。熊天英说:“是冷喷涂技术激发了我作为科研人员更大的求知欲和探索欲,最主要的是可以在工业生产中得到最广泛的应用,这对我国振兴民族工业将有很大帮助。”2000年,她将这种冷喷涂技术带回,并成功解决工业生产中的诸多问题。
很快,她的这种振兴民族工业的追求在上海宝钢冷轧板生产线得到了应用。以前,宝钢的冷轧板生产线需要1~2天更换一次轧辊,生产消耗成本较高。两个圆柱状的钢板轧辊挤压成型的钢板也常常因为轧辊缺损造成表面凸凹不平而严重影响钢板出厂质量。这一次,熊天英成功将超音速颗粒轰击技术应用于冷轧板生产线上拉矫辊处理,再一次利用她熟悉的金属粒子为该企业解决了这个问题。细小的金属粒子通过高速旋转附着在轧辊的表面,形成了一层结实的层膜。这就是说新的金属粒子填补了原来轧辊表面细小的空隙,从而增加了原有材料的密度,这就犹如为轧辊穿上了一件“防护衣”,使得原始材料的硬度和钢性大大提高,使用寿命提高到80%以上。原本1~2天的更换频率改变为5~6天更换,企业不仅减少了停机时间,出品的钢板质量也大大提升。改造后,仅一条生产线就为企业直接创效3000余万元。
从小对工业饱含热情的熊天英很热衷为企业解决技术难题。每当熊天英接到像上海宝钢集团遇到难题的企业求助,她都亲力亲为帮助解决。得到过熊天英技术扶持的企业都说:“熊天英是个接地气的专家,研究的成果大部分都得到了很好的应用。”
如今,熊天英在金属材料腐蚀与防护领域越走越宽。她发展了多种铝/钛/陶瓷涂层体系,解决了某航空发动机在海洋环境下镁合金的腐蚀问题;发展了铝/锌/陶瓷体系涂层,解决了我国海洋工程用钢结构面临的严重的腐蚀问题;发展了Ti/Al/稀土金属间化合物涂层,解决航空发动机用高温钛合金的表面防护问题。她还积极与企业合作,对大型铸件的铸造缺陷进行修复,每年可节约上亿元的大型铸件的报废损失,为国家节约了重要的资源和能源。她在该领域被喻为关键材料的“防护卫士”!记者 于璇