中國是世界文明古國。“嫦娥奔月”是人類最古老的登月幻想，中國的風箏和火箭是世界公認最古老的飛行器，走馬燈的原理和現代燃氣渦輪的工作原理基本相同，竹蜻蜓則是螺旋槳和直升機的雛形。近代，中國在航空航天工業上取得了一定的進展，比如1887年華蘅芳制造中國第一個氫氣氣球。但中國航空事業真正的蓬勃發展是從新中國成立之后開始的，如今，中國航空已為空軍、海軍提供重要的軍事技術裝備保障，滿足民航事業需要，并已為我國航天事業發展奠定了堅實的基礎。

    眾所周知，提高零部件的服役壽命是確保航空航天裝備的安全性、可靠性、耐久性和經濟性的重要保障。為了全面科普航空航天領域的相關防護知識，了解航空航天飛行器關鍵件的壽命預測與延壽技術，記者特邀請到同濟大學博士生導師高玉魁教授做相關方面的精彩解讀。

    高玉魁教授，現任同濟大學教授、博士生導師、中國商飛上海飛機設計院兼職C919 的副主任設計師，在航空航天零部件的表面強化工藝技術、航空航天飛行器關鍵件的壽命預測與延壽技術等多方面取得過豐碩的科研成果。下面請隨記者進入精彩訪談。

高玉魁教授

    記者：您從事航空航天材料領域研究多年，取得過許多豐碩的成果，請談談您印象深刻的科研經歷并發表您的感想？

    高教授：航空航天領域很大且所涉及到的專業面很廣，從事科研工作二十余年來，我只想在自己的專業領域踏踏實實做些事情。工作的重心一直放在表面強化工藝技術上，具體來講就是針對零部件易發生失效的部位--表面進行強化處理，以改善表面完整性，從而提高零部件的服役壽命，確保航空航天零部件的安全性、可靠性、耐久性和經濟性（可簡稱四性），確保飛行器關鍵件的四性是國內外飛行器設計、制造和使用等過程中始終圍繞的主體。簡單來講我們就像航空航天零部件的醫生，專門研究預防零部件失效和延壽的。正如人有一定的壽命一樣，零部件在服役條件下也有壽命。因此零部件的服役壽命的確定以及對關鍵零部件和核心重要件開展延壽工作具有重要意義和價值。

    回憶這幾十年的科研工作，令我影響最深刻的是2001 年為了打通某型號戰斗機生產線，我必須在工廠跟產，非常地繁忙。跟產期間，需要不斷看前蘇聯的工藝文件和學習他們的工藝。當時結合零部件的結構特征，在工廠做表面強化的工藝實驗，出現了問題就得去設計所溝通、協商和洽談圖紙。這是我剛剛上班一年后的實際情況，研究專業團隊有5 人，當時退休返聘的有1 人，有2 位待退休的老師傅和1 個準備出國的人。組里嚴重缺人，我是組里最年輕的也是專業組長，當時的壓力很大，一方面是缺人，另一方面也缺發展機遇。安排好組里的科研生產和測試等工作的同時還得搞好軍機的型號研制任務，因此不得不邊搞科研邊跟產。跟產期間向工人師傅學到了不少機械加工的知識，也了解了某些關鍵零部件的加工制造工序和檢驗要求。

    這是我第一次搞軍機型號的研制工作，不僅科研收獲很多，而且也學會了與工廠、設計所打交道。現在想來，跟產的經歷補充了課本知識上的不足，也使我的研究貼近了現實應用。雖然當時壓力大，但我不怕困難，不懂就問，面對困難想辦法克服，就對人生認識和科研認知的提升。

    這些經歷都是財富，所有的磨難都是機遇，并為我以后的科研道路奠定基礎。

    記者：2010.4-2011.2 和2014.6- 2014.9 您曾兩次赴丹麥科技大學（DTU）RisØ 校區風能實驗室進行學習、研究。您覺得中國與西方國家在學習研究和科研方式上面有何差別？可以進行哪些方面的學習和互補？

    高教授：RisØ 是世界上非常著名的科研機構，它創建于上個世界的五十年代，是為了實現著名量子力學創建者波爾（Bohr）和平利用原子能的倡議而由丹麥政府大力投資建立的國家能源實驗室，目前其風能技術和其他可持續能源仍然領先世界。我非常有幸在2009 年和2014 年分別在丹麥科技創新部和丹麥科技大學風能實驗室的資助下兩次來RisØ 實驗室學習和從事研究。自己感到最大的感受是可以和組內的科研人員一起交流共同進步，即使組內的小蝦米也可以和大牛一起討論自己的看法而且這里的學術氣氛沒有功利性。此外，通過學習最大的收獲就是知道國際上的科研前沿并對自己的研究規劃進行了適當的調整，在理論和應用上找到了平衡點。

    中國近十年來科技發展很快，在國際學術高地也占有了一席之地，但與國外相比還是我們的基礎研究和應用研究存在一些急功近利和缺少長期深入的人力投入。丹麥科技大學（DTU）RisØ 校區風能實驗室在風能技術、材料研究等方面具有國際一流水平，源自長期的基礎研究和多年的應用實踐。

    國外的學習和科研多數是興趣驅使并結合工程應用來開展的，而且對某些方面具有長期的積累和團隊成員之間比較平等來討論一些科學和技術問題；國內的科研往往是以國家需求或某些利益共同體而組建的，團隊多數也是以院士或其他大牛們為中心而組建，這往往導致以眼前利益的目標為導向，以急功近利的簡單考核指標來評價科研成果。

    國內的優勢是科研工作時間長、效率比較高而且團隊人員多，易集中時間和人力做成一些事情，但多數是從1 到N 的復制工作，缺少長期積累和思索下的從0 到1 的原創性基礎研究。這也是制約我們科研健康發展的瓶頸問題，其核心問題在于體制，尤其是評價考核體制。

    記者：您從事研究航空航天零部件的表面強化與表面完整性研究十余年，取得了不少研究成果，您認為目前我國航空航天零部件存在哪些質量問題，該如何防護？

    高教授：航空航天零部件質量很重要，直接影響飛行的安全、可靠，因此對這些零部件進行表面強化和表面防護來預防失效非常重要。

    零部件的表面文章必須做好，因為零部件的失效猶如人的生病一樣，人不生病一般不會發生非意外的死亡，零部件如沒有疲勞、腐蝕或磨損等損傷也不會失效的，而疲勞、腐蝕或磨損等損傷往往起源表面，因此表面強化和表面防護對改善零部件的表面完整性及預防損傷具有重要意義。

    至于如何防護，這是個比較具體的問題，需要結合零部件的結構特征、服役環境和經濟性來綜合考慮，但基本原則就是采用實用有效經濟耐久的全壽命周期綜合設計理念，從設計、加工、使用、維護等角度，落實到設計、加工制造、使用維護等各個方面的細節之處。總的來說疲勞、腐蝕或磨損都是對表面完整性的破壞，而且它們之間相互作用加速損傷破壞速率降低使用壽命，因此為了維護和提高零部件的表面完整性需要表面強化和表面防護的綜合治理。

    記者：據了解，您目前是中國商飛上海飛機設計院兼職C919 的副主任設計師，能否透露一下C919 最新進展？

    高教授：非常有幸能夠參與C919 大飛機的研制工作，C919 去年順利下線， 目前上飛院和中國飛機強度所正在聯合對C919 進行整機靜力試驗，進展很好， 期待C919 首飛成功和早日翱翔在祖國的藍天上！

    記者：您著有《表面完整性理論及應用》，請談談這本書的主旨是什么？

    高教授：《表面完整性理論及應用》是在國家出版基金項目和中國工程院國家重大戰略咨詢項目的資助下完成的一部專著，旨在扭轉我們制造業的現狀和轉變已有的制造理念。

    目前國內的加工制造業多數是在仿制中發展起來的，也是以成形加工為目標的低中端控形制造，缺少以面向使用性能需求的控性智能制造基礎和應用研究，這導致我們很多高端的裝備和裝置受制于人，有些基礎核心的高端零部件加工制造不出來。

    控性制造就是以控制零部件的表面完整性為手段面向服役性能而建立的主動控制智能系統性制造，以獲得能夠保證零部件表面完整性的工藝域（即工藝參數范圍）大數據庫為其重要核心，為高端產品制造的主要和核心內容，屬于一個企業甚至國家的核心技術秘密。

    實現零部件的制造理念從形狀尺寸、表面粗糙度等控形制造到以使用性能為導向的表面完整性控性智能制造， 是實現中國制造2025 的關鍵，也是完成中國制造強國夢的途徑。

    期待這本書能夠帶給大家思索的同時，也希望能夠加快制造業從控形仿形制造到控性智能制造的理念轉變。

    記者：您覺得中國要在航空航天領域發展得更好，還需要做哪些方面的努力？

    高教授：中國的航空航天能夠發展到今天的態勢實屬不易。新中國成立之初，中國的航空航天是一窮二白。在國家的大力重視下，錢學森等老一輩科學家嘔心瀝血，奠定了中國航天事業發展的基石，也涌現出一批優秀的科技人才并取得了突出成果，典型的如兩彈一星。

    雖說我們的航空航天事業建國以來到今天取得了巨大的成績和進步，但還應該清楚地認識到我們的基礎研究還是很不夠的，主要問題是我們還是落后的傳統制造技術，對先進的制造技術研究不夠，而且我們的飛行器關鍵零部件的實驗數據還不是很充分，整個飛行器從制造生產到服役及維護過程中關鍵數據的研究也不充分，大數據庫的建立迫在眉睫。

    提到還要做哪些方面的努力呢？我認為從四個方面來談：自主先進制造技術體系、自主創新能力、注重人才培養、重視基礎研究。

    “一代制造，一代制備”，這不僅體現別的行業，更體現在在航空航天領域。

    我們總希望從國外買來先進的技術，這是不可能的。因為先進的技術或工藝是買不來的，即使別人肯賣給你設備，也是落后的工藝技術所使用的設備。先進的制造技術就是確保產品性能的制造技術，制造強國要有自己的制造技術體系和檢測系統，才能達到別人可以制造的我也能制造別人制造不了的我還可以制造，這才是真正的制造強國和大國， 也是我們的制造中國夢。因此建立自主先進制造技術體系非常重要。為了推動先進制造技術和工藝，我一直在從事改性制造技術研究，也非常有幸參加了中國工程院牽頭的有關核心制造技術的國家咨詢項目和國家重大咨詢項目，為目前突破我國制造所存在的瓶頸問題提出了一些建議。

    另外，發展航空航天事業不能忽略對人才培養重要性的認識，更不能忽視了對基礎研究的重視。我們的科研不能只看論文，更應側重加強在理論指導下的工程應用項目，這對推動航空航天領域的發展是至關重要的。

    記者：請您展望一下未來中國航空航天領域材料的防護？

    高教授：材料防護發展很快，也在航空航天核電等領域得到了重視和應用。航空發動機葉片、發動機和飛機連接高強螺栓、飛機起落架、航天鈦合金螺栓等零件對防護都提出了很高的要求，葉片采用TBC、螺栓采用噴涂、起落架采用HVOF 等來進行防護以提高耐高溫氧化、抗腐蝕和耐磨等使用性能。

    為了更好的發展材料防護，尤其是零部件的防護，希望一方面增加防護層的結合力，另一方面最好不要引入過大的殘余拉應力，此外還需要注意防護工藝的穩定性和成熟度及經濟性，而這需要加大對防護技術的基礎和應用研究， 同時積累數據庫和實現從材料研制到零部件生產使用維護的全面控制及壽命的智能預測。路漫漫，唯自強！

    后記： 中國航空航天工業在為國防、國民經濟和科學研究直接服務的同時，還在向國民經濟各部門推廣和轉移先進技術方面取得了顯著的效益。大家行動起來，為了共同的目標，為我國航空航天工業蓬勃發展、蒸蒸日上而努力拼搏吧！

    人物簡介

    高玉魁，同濟大學教授，博士生導師，現為中國機械工程學會高級會員和熱處理分會理事、熱處理分會和表面工程分會表層改性專業委員會副主任兼秘書長、熱處理分會青工委副主任、中國齒輪專業協會表面強化與殘余應力專業委員會副主任、《表面技術》期刊編委、上海航空學會委員。

    主要研究方向為材料力學行為（側重研究固體材料的疲勞斷裂）、表面強化工藝（噴丸強化、激光沖擊強化、滾壓、擠壓、復合強化等）、結構完整性評價（裂紋萌生與擴展壽命及耐久性）、表面完整性分析（顯微組織、殘余應力、表面形貌、表層梯度性能設計）、航空航天飛行器關鍵件的壽命預測與延壽技術等。

    曾在北京航空材料研究院從事航空航天零部件的表面強化與表面完整性研究十余年，并于2010年4 月～2011年2月期間在丹麥科技創新部DANIDA項目全額資助下到丹麥科技大學（DTU）RisΦ校區風能實驗室進行訪問學習和從事納米材料梯度特性研究。2012年調入同濟大學到航空航天與力學學院工作。2009年和2012 年曾2次被中國工程院聘為國家咨詢項目和國家重大咨詢項目專家。

    他提出了表面強化工藝的優化判定準則和表面強化改性新機理，發展了激光沖擊強化和脈沖電子束等高能復合表層改性技術和強化效果評價方法，在航空發動機渦輪盤、葉片、高低壓渦輪軸及飛機起落架、垂尾梁、機翼盒段與航天火箭口蓋、支座及核潛艇連桿等關鍵零部件上推廣應用了表面強化改性技術并取得顯著的延壽效果，在國家出版基金資助下出版了專著《表面完整性理論與應用》，以第一作者和通訊作者發表學術論文50余篇，以第一發明人獲批國家發明專利2項，獲得省部級科技成果獎三次，獲得了“周志宏”青年科技成就獎和中俄先進材料和制造工藝國際會議杰出青年獎。

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責任編輯：王元

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