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勤于专研 真“金”不怕火炼

2019-08-05 10:54:16  来源: 中国金融商报网

——记中国科学院金属研究所研究员朱跃进

人类离不开空气,却很少有人知道空气中的气体可以进入金属等固体材料,对金属中气体材料性能有不可忽略的影响。上世纪四十年代英国皇家空军飞机坠落事故调查,使人类第一次认识了金属中氢能造成如此巨大的损伤。从此,金属材料研究这棵大树又添加了金属中气体分析研究分叉,金属中气体相关研究进入实质性开拓阶段。中国科学院金属研究所研究员朱跃进正是金属中气体分析领域的典型代表之一。

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精诚所至锋芒初露

出生于1958年的朱跃进,对于科学从小就很着迷。1982年毕业于东北大学冶金物理化学专业,因为从少年时期便酷爱自然科学,毕业论文题目选定为《不同熔铸工艺对铝中氢含量的影响》,曾获得当年度的最佳论文奖,自此注定了他与金属中气体研究的不解之缘。

1984年~1992年朱跃进在中国科学院金属研究所从事气瓶处理相关课题研究,“气瓶特殊处理技术及配套件的研究”于1991年获中国科学院科技进步二等奖。朱跃进1995年进入副高行列,2015年晋升为研究员,一直在中国科学院金属研究所从事金属中气体分析专业直至2018年退休,目前处于返聘状态。26年中朱跃进在《冶金分析》和《分析试验室》等专业期刊发表气体分析专业论文26篇,获实用新型专利3项,国家发明专利3项。担任《冶金分析》编委和中国金属学会分析测试分会气体分析专业技术委员会主任多年。

耀眼的光环照在朱跃进的周围,见证这位中国科学人的科研道路,但朱跃进却对此淡然一笑,继续从事着自己的科研事业——金属中气体分析研究。他始终认为,这是一个崭新的时代,是一个需要创新的时代,为了中国的科研事业走在世界的前列,自己就有责任在这条道路上努力成为先驱者,将继续攀登科学高峰,更出色地为国家社会经济发展做出基础性的创新工作。

多年来,朱跃进的研究成果在此专业领域独占鳌头。随着新材料的发展和对材料安全性能要求的提高,准确定量了解金属中氦的需求日益迫切。而国内尚无定量分析金属中氦的先例,国外报道中也并无细节可参考,必须自主创新,走出自己特色的路。朱跃进带领的科研小组经反复调研和考虑后,制定了切实可行的创新方案。通过自行设计一台装置,将现有定氢仪改造成定氦仪。再通过实验验证和论证,确立了脉冲热导定量分析金属中氦的新方法,最终完成了此创新工作。而这些,无疑是一大批朱跃进这样的科研人士努力的结果,是为了中国不落后于世界而努力的结果。

孜孜不倦功成不居

自从上世纪中后期时期开始,人类的科学事业有了突飞猛进的发展。关于金属气体的研究虽然在其中并不是很显眼,却无疑是不可或缺的。60多年前英国皇家空军飞机失事坠落事故,使其应用于金属材料的防脆、防裂、防腐蚀控制等方面,成为金属和其他固体材料研究和应用中重要的环节。我国自1953年开展金属中气体分析研究工作以来,已有46年历史,中国科学院金属研究所正在其中扮演着重要的角色。

金属研究所拓辟新宇,协同进取,集全所整体优势,攻国家急需技术,完成了大量高难度的科研任务。包括六十年代金属所牵头完成金属中氩测定;七十年代第一台钢中氢分析仪诞生于金属所,应用于当时的钢都——鞍钢;八十年代率先突破铝中氢难题,铝中氢分析装置和方法应用于国内铝行业。九十年代攻克镁中氧分析难关,实际应用于镁合金粉和出口镁材,成绩斐然,可谓填补了我国金属中气体研究的空白。正是在研究所这样浓郁的学术氛围中,朱跃进坚持行进于科学研究前沿,收获了累累硕果。

金属中气体以双原子气体(H、O和N)为主。在固态金属表面,它们能以分子形式产生物理吸附,当气体同金属表面的结合力大于气体分子内部的结合力时产生化学吸附,在金属表面形成薄层,并进一步与金属作用。同时,金属内部存在冶金过程中未除去的气体。金属中气体在外应力的作用下,会对基体产生损害,有时甚至是灾害。因此,由于氢脆引起的飞机失事和钢轨开裂、氧腐蚀引起的桥梁损坏等事故屡见不鲜。金属中气体分析和研究,在当代显得尤为重要,随着新材料的发展,对分析技术的要求亦越来越高。为此,朱跃进付出了大量的心血。

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氩在空气中为稀有气体,氩在金属中存在,但是,金属中氩一直

披着神秘的面纱。人类关注金属中氩从铀等核材料开始,也因此而蒙上了面纱。普通金属材料中氩含量甚微几十年来无人问津,金属所率先发现含高氩的普通钛基合金,从此,开始揭开金属中氩的神秘面纱。钛中氩的研究从2010年开始,到目前已发表论文3篇,获批相关中国国家专利2项。

朱跃进就将一腔心血扑在了金属中气体的研究领域上,建立首家具备氧、氮、氢、氩和氦五种气体元素检测能力的实验室,填补了国家空白。成就面前朱跃进始终保持了谨慎低调的科学态度。他淡泊名利,将更多的精力投入到挚爱的金属中气体分析研究事业当中。他常说,自己做的不仅是该做的事情,有责任感的投入,更是自己感兴趣的事情,有感情的承附,“至今为止从没后悔选择这条道路,而且越干越喜欢。”朱跃进对记者说。

金属中氢永久的情结

氢原子最小质量最轻,它是唯一可以在固态金属晶格间穿行的原子。此意味着金属中氢含量随时都可能改变,输入能量则氢逃逸,高温烘烤可去氢,而潮湿条件下金属自然增氢。对金属中气体分析而言,样品取样、制样、输送、清洗等任何一个前期准备环节氢含量在不断发生变化,分析过程中干扰因素更多。目前,铝中氢、铜中氢、钢中氢最低结果已达到千万分之一数量级,如此之低的氢,使氢的定量分析成为金属样品中所有化学元素分析中难度最大工作。

从大学毕业论文的铝中氢至如今关注的高温合金中氢,金属中氢是朱跃进永久的情结。2007年他起草制订钢中氢分析国家标准,近10年后,排除众议,在新版GB/T223.82-2018中,增加“超声波清洗”等颠覆性的内容。2016年长达60余年钢中氢分析首次爆雷,出现了氢分析“零峰值”的稀土钢样品,震惊了中科院金属所等4个单位。各单位所用的仪器均为当今世界上最先进的专业仪器,氢元素的检测下限可达千万分之一,检测到稀土钢样品中氢含量失败的原因何在?朱跃进和他的团队攻坚时间如此之快,不到一个月找出了问题的根源,此后通过试验论证,解决稀土钢中氢分析“零峰值”的问题,准确测定稀土钢样品中低至千万分之三的超低氢。在激光定氢仪基础上朱跃进提出激光定氢和其他气体元素的新思路,并于2016年获批意向型发明专利ZL201410018535.1:“激光点式扫描氧氮氢氩氦联测仪及联测方法”。 展望未来,“金属中气体和化学元素分析最终将走向大同,目前正向着实现多化学元素同时测定方向挺进,氧氮氩氦也将归一化,唯有金属中氢将是永恒的研究课题,永远的存在。”

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