在很多加工實踐中，科研人員經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)：一些重要的機械設(shè)備的零部件，用同樣的金屬材料打造成同樣的形狀和尺寸，為什么性能卻無法達(dá)到甚至超越先進(jìn)發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品。這個“謎”一般的現(xiàn)象困擾著中國的學(xué)者，也成了制約中國高端裝備制造業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。在一批科學(xué)家和工程技術(shù)人員持之以恒的努力下，這一難解之迷已經(jīng)被成功破解，激光加工技術(shù)的導(dǎo)入，已經(jīng)讓中國高端裝備制造業(yè)發(fā)展大幕徐徐拉開——
在張光鈞教授的名字中帶有一個“光”字，許是命運的安排，張光鈞的人生注定與激光結(jié)緣。整整30年，他堅守在激光表面處理技術(shù)的科研第一線，帶領(lǐng)學(xué)科團(tuán)隊與一批科學(xué)家們相互支持、并肩作戰(zhàn)，愣是啃下了中國高端加工制造業(yè)的一個主要短板。
激光，是人類智慧的產(chǎn)物，它是20世紀(jì)以來，繼原子能、計算機、半導(dǎo)體之后人類的又一重大發(fā)明。激光可以產(chǎn)生高強密度的能量，一柄能源利劍在科技的發(fā)展中自然而然地交到了人類手中，而它也對傳統(tǒng)加工制造業(yè)進(jìn)行了革命性的變革。激光加工已經(jīng)成為了繼手工加工、機械加工、電加工模式后引領(lǐng)潮流的加工模式。
激光加工的秘密，國外同行一直是秘而不宣，國內(nèi)該領(lǐng)域的關(guān)注度也不夠。誰也未曾料到這一技術(shù)背后的潛在價值：采用傳統(tǒng)加工工藝加工好的金屬零部件經(jīng)過一定波長、功率密度和掃描速度的激光輻照，就能提高材料的強度，明顯延長使用壽命。出現(xiàn)了小裂縫的金屬零部件照一照高強激光，在惡劣的環(huán)境中，裂縫也不會再擴展，安全系數(shù)大為提升。
作為中國激光表面處理技術(shù)的開拓者、實踐者和見證者之一，手捧上海市高強激光加工產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟成立的文件和未來實施的方案，張光鈞教授的眼眸中充滿著欣喜，已過花甲之年的他注定將要迎來人生事業(yè)的一個高峰。
在機緣巧合中戀上“激光”
1976年粉碎四人幫后，作為文革前最后一批上海交大冶金系金相專業(yè)畢業(yè)的大學(xué)生，張光鈞被上海交大點名從上鋼三廠調(diào)回高校從事科研工作。一次偶然機會，張光鈞在上海展覽中心看科技展覽，接觸到激光，那是醍醐灌頂式的觸動。光能是最易引導(dǎo)和成形的能量形式之一，這種能量形式傳遞的信號噪聲很小，可從獨特的窗口進(jìn)入自動化和智能化的操作……在對激光科技深入思考時，張光鈞的思緒又慢慢飄向了當(dāng)年接受工農(nóng)兵再教育在上鋼三廠做爐前工的3載歲月，張光鈞被安排在軋鋼加熱爐車間工作，在那里，鋼錠經(jīng)過有十多個重油噴口的加熱爐的高溫洗禮，待鋼錠軟化后進(jìn)入軋制變鋼板的環(huán)節(jié)。那場面猶如火龍繞月，每天工作下來都是汗流浹背。但細(xì)心的張光鈞在工作一段時間后，看出了其中的工藝問題，他提出了改進(jìn)工藝方案，適當(dāng)降低爐溫，減少噴油量。意見最終被采納，車間能耗降低，軋制鋼板質(zhì)量也有了保證，車間溫度也降了下來。但這次工藝改進(jìn)后，一個想法也經(jīng)�？M繞在張光鈞的心頭，這種高耗能的加熱模式能不能被一種更加節(jié)能的方式所替代。
在一段沉思后，張光鈞猛然意識到，他所苦苦追尋的能量解決方案也許就存在于激光中。漸漸地，他接觸到了國內(nèi)幾位正在進(jìn)行早期激光高能熱處理開發(fā)的前輩：中國鐵科院李志忠高級工程師，他根據(jù)國外資料寫的《激光熱處理》頗具啟發(fā)意義。中科院上海光機所的蘇寶嫆研究員，當(dāng)時交大沒有激光實驗設(shè)備，她熱情地邀請張光鈞到所里做實驗。中科院長春光機所的關(guān)振中研究員，研發(fā)500瓦的玻璃管激光器進(jìn)行熱處理實驗，為了弄清楚激光器原理，張光鈞也是幾次北上請教學(xué)習(xí)。為了盡快著手激光熱處理的試驗研究，在有關(guān)專家和領(lǐng)導(dǎo)的支持下，他調(diào)入上海機械制造工藝研究所。在那里，張光鈞有幸成立了自己的課題組，并配置了1000瓦激光器。
1983年11月，第三屆國際材料熱處理大會在上海召開，這是改革開放初期少有的在國內(nèi)召開的國際正式學(xué)術(shù)年會，經(jīng)重重評審，張光鈞撰寫的關(guān)于激光材料表面改性的論文脫穎而出，成為在大會上宣讀的、也是在本專業(yè)領(lǐng)域國際權(quán)威學(xué)術(shù)大會上第1篇涉及激光表面改性的中國學(xué)者論文。幾年的科研探索中，他判定產(chǎn)業(yè)化道路可能需要一段較長的時間，在原交大分校(現(xiàn)上海工程技術(shù)大學(xué))校長俞少羅教授的力邀下，1984年張光鈞辭別了上海機械工藝研究所，又一次走進(jìn)了象牙塔。他和課題組同事們建起了上海首家千瓦級二氧化碳激光加工科研、中試、教學(xué)基地。漸漸地，激光表面處理的神秘面紗被一層層地揭開：能量密度高于1000瓦/cm2才有實用價值，否則激光處理與淬火加熱冷卻的效果差別不大；光功率密度在高于1000000000瓦/cm2情況下，激光會對金屬材料產(chǎn)生巨大的沖擊效應(yīng)，表面會產(chǎn)生微觀的塑性變形，表面的位錯密度可以大大增加；過去常規(guī)強度理論認(rèn)為的金屬材料無法兼具高耐磨性和高摩擦系數(shù)的狀況從激光表面處理技術(shù)角度出發(fā)，完全行得通……
奈何產(chǎn)業(yè)化之路一波三折
在多年的科研生涯中，張光鈞先后主要負(fù)責(zé)完成了38項科研項目。先后以第一完成人獲得國家發(fā)明專利授權(quán)5項、國家實用新型專利授權(quán)3項。迄今以第一作者在國內(nèi)外公開發(fā)表論文47篇，其中32篇次被SEI、EI、ISTP、CSCD等著名引文數(shù)據(jù)庫收錄。在張光鈞和幾位科研前輩的積極張羅下，中國熱處理學(xué)會高能熱處理技術(shù)委員會在1984年成立，已舉辦了十屆全國激光熱處理學(xué)會年會，全國的同行們有了一個分享研究成果的平臺，可以共同為激光表面處理技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)智慧和力量。
慢慢地，張光鈞的課題組開始接受企業(yè)的技術(shù)攻關(guān)課題，他們接受了上海電梯廠電梯正弦輪V型槽表面改性等技術(shù)攻關(guān)委托，在實踐中更加驗證了技術(shù)的正確性，同時也根據(jù)過程中發(fā)現(xiàn)的問題來完善工藝技術(shù)。
1990年，激光表面處理技術(shù)得到了上海市政府的關(guān)注，在當(dāng)時蔣以任副市長的推動下，上海激光集團(tuán)公司掛牌成立。滿以為激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的黃金時機來臨，但是現(xiàn)實卻令張光鈞深深失望，由于制度上的因素，大量公司對于新技術(shù)推廣和使用的熱情遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。有些企業(yè)是合資企業(yè)，外方不允許中方涉及核心技術(shù)的改進(jìn)。有些大型制造企業(yè)甚至提出：如果零部件壽命過長，那么企業(yè)的產(chǎn)量就會下降，工人要下崗。張光鈞的心中五味雜陳。他開始思考激光表面處理產(chǎn)業(yè)化背后的推動力。
作為一個嶄新的材料加工領(lǐng)域，有二個因素決定著領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，一是激光器的成本和質(zhì)量問題。二是市場的接納度、認(rèn)知度和實際需求量問題。在過去的許多年中二者的情況都不成熟。
他毫不氣餒，再一次投入到產(chǎn)學(xué)研對接的滾滾洪流中，先后在機械刀片刃口、汽缸體(套)內(nèi)壁、機床導(dǎo)軌表面、列車減振器上下導(dǎo)向座面等重要零部件的關(guān)鍵表面采用激光強化工藝并滿足了企業(yè)的技術(shù)要求。2005年他獲國務(wù)院特殊津貼獎，并三次獲省部級科技獎。
而此時家里的狀況又讓張光鈞陷入苦惱，在影視公司擔(dān)任攝影組長的獨生子，突發(fā)腦出血，無法工作，他一下子蒼老下來。整整7年，經(jīng)歷著內(nèi)心巨大的煎熬和痛楚，他一邊照顧兒子一邊堅持科研工作。
終于等到了破蕾綻放時刻
2013年，對于張光鈞教授而言，是一個花開的年份，年初，他參與了國家高能束材料改性發(fā)展路線圖的制定工作，航空航天領(lǐng)域?qū)＜亿w振業(yè)院士作報告，：激光沖擊強化技術(shù)在美國先進(jìn)制造行業(yè)已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其中飛機發(fā)動機經(jīng)過激光沖擊強化處理，性能明顯提高。這是一個前進(jìn)的信號！近年來，國內(nèi)激光器的價格不斷下降，質(zhì)量不斷提升，國家也開始從戰(zhàn)略角度考慮激光表面處理的前瞻性發(fā)展。張光鈞的心情簡直可以用狂喜來形容。此時，在上海交大校長張杰院士的主持下，張光鈞參與到了上海市高強激光加工產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟和應(yīng)用示范基地的建設(shè)中，激光加工可以使用的范圍真是太廣了，在電子、輕工、工業(yè)、醫(yī)療器械、汽車、機械制造、冶金、石油化工、核電、航空航天、國防軍工等產(chǎn)業(yè)都有著巨大的使用潛力，已經(jīng)成為世界制造工廠的中國無疑可以憑借這一技術(shù)對傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)體行技術(shù)改造和升級。在上海工程技術(shù)大學(xué)校長丁曉東教授的支持下，張光鈞所在的科研團(tuán)隊正在爭取加入上海高校知識服務(wù)平臺，為全社會提供服務(wù)，對于市場的反應(yīng)，張光鈞很有信心，“前不久，浙江余杭裝備制造協(xié)會邀請我去進(jìn)行激光表面改性的講座，現(xiàn)場居然來了上百家科技企業(yè)，會后有二十幾家企業(yè)找到我，希望合作！”
如今納入他視野的還有可持續(xù)發(fā)展的需求，這是一種修復(fù)再制造產(chǎn)業(yè)，“比如一套價格上百萬的模具有一些損壞，如果就這樣報廢，太可惜，完全可以使用激光處理修復(fù)技術(shù)加以修復(fù)，……”
老驥伏櫪，張光鈞最近在金屬3D打印領(lǐng)域也有了重大突破，金屬在3D打印中會出現(xiàn)殘余拉應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋，所以一般打印材料都是塑料和高分子材料。而張光鈞添加了特殊的納米材料，并利用先進(jìn)的造粒技術(shù)，正在攻克這一難題，目前進(jìn)展良好，已經(jīng)可以實現(xiàn)小體積的金屬3D打印。
但是這個技術(shù)的突破是否也意味著傳統(tǒng)制造行業(yè)的革命性變革，以后是不是只需要激光3D金屬打印加上激光沖擊強化技術(shù)就能解決機械加工的主要問題……“，對于未來發(fā)展趨勢，張光鈞還有著更多的思考，而他的暮年人生也注定會綻放出更璀璨奪目的光彩！
來源： 中國機床商務(wù)網(wǎng) |
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