20世纪中期以来,高强铝合金一直是全世界航空航天飞行器结构件制造的首选材料,也是各国新材料研发的必争之地。但是我国在这一领域起步晚、基础薄弱,关键技术长期处于跟踪研仿、受制于人的局面。
目睹我国在高强铝合金领域面临的困境,熊柏青立下誓言,“必须打破‘卡脖子’的枷锁,让中国材料在国际舞台上挺直腰杆!”他带领团队毅然踏上了自主研发的破冰之旅,闯出了一条材料科技从“跟跑”到“领跑”的跨越之路。


熊柏青在获奖表彰现场
技术突围,破解“卡脖子”难题
在航空航天等高端装备制造领域,材料的轻量化与高强度一直是科研人员追逐的目标。21世纪初,西方发达国家已成功研发出了第四代7000系高强铝合金,以其高强韧-低淬火敏感性特征,有效支撑飞行器超大结构件整体化设计减重。
但在同一时期,我国仅能生产第一代、第二代7000系高强铝合金,整整落后国外两代,且品种规格不全。先进铝合金材料依赖进口,关键技术长期受制于人。
“国外20世纪70年代能干的事情,我们到21世纪初还不会干。那时候我们的基础非常薄弱。”熊柏青回忆。
从2000年开始,熊柏青带领团队开始攻关,用了10年时间,全面掌握了第三代7000系高强铝合金的工业化成套制造技术,实现了对我国高强铝合金工业化技术的补充完善。


熊柏青获得的国家科学技术进步奖证书
第二个10年,熊柏青团队向第四代7000系高强铝合金材料发起“冲锋”。
“第四代的难点在于不仅要攻关制造工艺,还必须避开国外的成分专利保护。”熊柏青回忆,当时国外对第四代7000系高强铝合金的专利保护堪称“天罗地网”,“上百条权利要求,覆盖了能够形成第四代7000系高强铝合金的所有方面的要素,成分范围、工艺范围等等全部包括。”
有三年多的时间,熊柏青一直与国外专利“死磕”,天天抱着国外专利琢磨。在熊柏青的不懈钻研下,终于,中国有研找到了突破口,打破了国外在材料技术和知识产权的双重垄断,使国产第四代7000系高强铝合金实现产业化,填补了国内空白,有力支撑了国产大飞机研制和发展。


运-20大飞机使用了大量的第四代7000系铝合金,图为熊柏青与运20的合影
换道超车,从跟跑到领跑的华丽逆袭
经过新世纪以来20年的快速发展,中国的高强铝合金技术已能够与西方国家并驾齐驱。但随着航空航天飞行器等装备对减重需求的不断提升,传统的7000系、2000系铝合金已逐渐接近性能极限。
此时此刻,在新一代高强铝合金材料的研发上,中国和其他国家一样,都走到了技术“无人区”。
亲历了中国航空航天飞行器用高强铝合金材料20多年来的发展,熊柏青对于中国企业一路追赶的“苦”深有感触。而如今我们已经能和国际行业水平并驾齐驱,让他萌生出了挑战技术“无人区”的想法:“我们能不能跳出国际上现有的高强铝合金材料体系,开展原始创新?我们能不能率先开发出更轻、更强、性能更优异的新一代高强铝合金?”
熊柏青把目光落在了镁。镁是铝合金中的主要合金元素之一、也是中国的优势资源,密度仅为1.74g/cm³,铝合金中每增加1wt%镁,密度可下降接近0.5%,是铝合金减重的理想材料。
“十四五”以来,熊柏青带领团队通过理论计算+实验验证,突破镁元素在铝基体中的室温固溶度极限,原创开发出了“高镁轻强铝”。与第三代和第四代7000系高强铝合金相比,高镁轻强铝具有更佳的综合性能匹配,而密度却降低了5%~10%,减重效果显著,为航空航天飞行器、高速列车等重大装备带来显著的减重效果。


中国有研原创开发的高镁轻强铝工业化试制产品
该材料的突破,使我国在铝合金技术和产品领域形成了自主发展路径,而且在高强高韧铝合金领域形成了自己的技术领先优势,标志着我国高强高韧铝合金材料实现从“望其项背”到“同台竞技”,直至“超越引领”的巨大跨越。
薪火相传,为国锻造卓越人才
“学科发展最重要的成果,一方面是创造出有影响力的材料,另一方面是培养出了多少人才。”躬身科研,为国制材的同时,熊柏青也牢牢扛起“为国育才”的使命。
熊柏青担任有色金属结构材料全国重点实验室主任,依托国家级科研平台,构建了“基础研究-技术攻关-工程应用”的全链条人才培养模式,在他的推动下,实验室已成为集“人才培养、技术研发、成果转化”于一体的创新高地。
团队的建设对于学科的发展发挥着举足轻重的作用,在带领团队突破第三代、第四代航空铝合金制造技术、研发“高镁轻强铝”的过程中,他要求团队成员深入参与从实验室研究到工业化生产的全流程,倡导在大平台和大项目的推动下锤炼人才,迄今已培养了数十名青年科研骨干,其中多人已成长为国家级项目负责人或行业技术专家。


熊柏青带领团队青年科研人员开展产品试制
熊柏青深知人才是企业发展的核心动力,在他的参与推动下,中国有研构建了覆盖科研全周期的激励体系,通过起步支持、过程激励、转化激励和长期绑定等机制激发人才创新活力,不仅让科学家共享创新红利,更推动其向“科技企业家”转型。
身为博士生导师,熊柏青注重理论与实践结合,将永不服输、勇攀高峰的科研精神传承给新一代材料人。他常对学生说:“科研没有捷径,唯有脚踏实地。”其培养的学子多数进入我国航空航天、新能源、新材料等战略性新兴产业领域发挥骨干力量。


熊柏青在中国有研青年科技人才培训班授课
躬耕先进铝合金材料事业三十余载,熊柏青以“十年磨一剑”的定力、“敢为天下先”的勇气,诠释了新时代劳模精神的核心——将个人理想融入国家命运,用科技创新铸就民族脊梁。
站在“十五五”的新起点,熊柏青的目光已投向更远:加速新材料产业化、培育国际领先的创新生态……这位材料领域的“领跑者”,正以不懈奋斗的姿态,继续为中国制造向中国智造的跃迁破译“材料密码”。
【责任编辑:韩梦圆】