中国是世界文明古国。“嫦娥奔月”是人类最古老的登月幻想，中国的风筝和火箭是世界公认最古老的飞行器，走马灯的原理和现代燃气涡轮的工作原理基本相同，竹蜻蜓则是螺旋桨和直升机的雏形。近代，中国在航空航天工业上取得了一定的进展，比如1887年华蘅芳制造中国第一个氢气气球。但中国航空事业真正的蓬勃发展是从新中国成立之后开始的，如今，中国航空已为空军、海军提供重要的军事技术装备保障，满足民航事业需要，并已为我国航天事业发展奠定了坚实的基础。

  众所周知，提高零部件的服役寿命是确保航空航天装备的安全性、可靠性、耐久性和经济性的重要保障。为了全面科普航空航天领域的相关防护知识，了解航空航天飞行器关键件的寿命预测与延寿技术，记者特邀请到同济大学博士生导师高玉魁教授做相关方面的精彩解读。

  高玉魁教授，现任同济大学教授、博士生导师、中国商飞上海飞机设计院兼职C919 的副主任设计师，在航空航天零部件的表面强化工艺技术、航空航天飞行器关键件的寿命预测与延寿技术等多方面取得过丰硕的科研成果。下面请随记者进入精彩访谈。

高玉魁教授

  记者：您从事航空航天材料领域研究多年，取得过许多丰硕的成果，请谈谈您印象深刻的科研经历并发表您的感想？

  高教授：航空航天领域很大且所涉及到的专业面很广，从事科研工作二十余年来，我只想在自己的专业领域踏踏实实做些事情。工作的重心一直放在表面强化工艺技术上，具体来讲就是针对零部件易发生失效的部位--表面进行强化处理，以改善表面完整性，从而提高零部件的服役寿命，确保航空航天零部件的安全性、可靠性、耐久性和经济性（可简称四性），确保飞行器关键件的四性是国内外飞行器设计、制造和使用等过程中始终围绕的主体。简单来讲我们就像航空航天零部件的医生，专门研究预防零部件失效和延寿的。正如人有一定的寿命一样，零部件在服役条件下也有寿命。因此零部件的服役寿命的确定以及对关键零部件和核心重要件开展延寿工作具有重要意义和价值。

  回忆这几十年的科研工作，令我影响最深刻的是2001 年为了打通某型号战斗机生产线，我必须在工厂跟产，非常地繁忙。跟产期间，需要不断看前苏联的工艺文件和学习他们的工艺。当时结合零部件的结构特征，在工厂做表面强化的工艺实验，出现了问题就得去设计所沟通、协商和洽谈图纸。这是我刚刚上班一年后的实际情况，研究专业团队有5 人，当时退休返聘的有1 人，有2 位待退休的老师傅和1 个准备出国的人。组里严重缺人，我是组里最年轻的也是专业组长，当时的压力很大，一方面是缺人，另一方面也缺发展机遇。安排好组里的科研生产和测试等工作的同时还得搞好军机的型号研制任务，因此不得不边搞科研边跟产。跟产期间向工人师傅学到了不少机械加工的知识，也了解了某些关键零部件的加工制造工序和检验要求。

  这是我第一次搞军机型号的研制工作，不仅科研收获很多，而且也学会了与工厂、设计所打交道。现在想来，跟产的经历补充了课本知识上的不足，也使我的研究贴近了现实应用。虽然当时压力大，但我不怕困难，不懂就问，面对困难想办法克服，就对人生认识和科研认知的提升。

  这些经历都是财富，所有的磨难都是机遇，并为我以后的科研道路奠定基础。

  记者：2010.4-2011.2 和2014.6- 2014.9 您曾两次赴丹麦科技大学（DTU）RisØ 校区风能实验室进行学习、研究。您觉得中国与西方国家在学习研究和科研方式上面有何差别？可以进行哪些方面的学习和互补？

  高教授：RisØ 是世界上非常著名的科研机构，它创建于上个世界的五十年代，是为了实现著名量子力学创建者波尔（Bohr）和平利用原子能的倡议而由丹麦政府大力投资建立的国家能源实验室，目前其风能技术和其他可持续能源仍然领先世界。我非常有幸在2009 年和2014 年分别在丹麦科技创新部和丹麦科技大学风能实验室的资助下两次来RisØ 实验室学习和从事研究。自己感到最大的感受是可以和组内的科研人员一起交流共同进步，即使组内的小虾米也可以和大牛一起讨论自己的看法而且这里的学术气氛没有功利性。此外，通过学习最大的收获就是知道国际上的科研前沿并对自己的研究规划进行了适当的调整，在理论和应用上找到了平衡点。

  中国近十年来科技发展很快，在国际学术高地也占有了一席之地，但与国外相比还是我们的基础研究和应用研究存在一些急功近利和缺少长期深入的人力投入。丹麦科技大学（DTU）RisØ 校区风能实验室在风能技术、材料研究等方面具有国际一流水平，源自长期的基础研究和多年的应用实践。

  国外的学习和科研多数是兴趣驱使并结合工程应用来开展的，而且对某些方面具有长期的积累和团队成员之间比较平等来讨论一些科学和技术问题；国内的科研往往是以国家需求或某些利益共同体而组建的，团队多数也是以院士或其他大牛们为中心而组建，这往往导致以眼前利益的目标为导向，以急功近利的简单考核指标来评价科研成果。

  国内的优势是科研工作时间长、效率比较高而且团队人员多，易集中时间和人力做成一些事情，但多数是从1 到N 的复制工作，缺少长期积累和思索下的从0 到1 的原创性基础研究。这也是制约我们科研健康发展的瓶颈问题，其核心问题在于体制，尤其是评价考核体制。

  记者：您从事研究航空航天零部件的表面强化与表面完整性研究十余年，取得了不少研究成果，您认为目前我国航空航天零部件存在哪些质量问题，该如何防护？

  高教授：航空航天零部件质量很重要，直接影响飞行的安全、可靠，因此对这些零部件进行表面强化和表面防护来预防失效非常重要。

  零部件的表面文章必须做好，因为零部件的失效犹如人的生病一样，人不生病一般不会发生非意外的死亡，零部件如没有疲劳、腐蚀或磨损等损伤也不会失效的，而疲劳、腐蚀或磨损等损伤往往起源表面，因此表面强化和表面防护对改善零部件的表面完整性及预防损伤具有重要意义。

  至于如何防护，这是个比较具体的问题，需要结合零部件的结构特征、服役环境和经济性来综合考虑，但基本原则就是采用实用有效经济耐久的全寿命周期综合设计理念，从设计、加工、使用、维护等角度，落实到设计、加工制造、使用维护等各个方面的细节之处。总的来说疲劳、腐蚀或磨损都是对表面完整性的破坏，而且它们之间相互作用加速损伤破坏速率降低使用寿命，因此为了维护和提高零部件的表面完整性需要表面强化和表面防护的综合治理。

  记者：据了解，您目前是中国商飞上海飞机设计院兼职C919 的副主任设计师，能否透露一下C919 最新进展？

  高教授：非常有幸能够参与C919 大飞机的研制工作，C919 去年顺利下线， 目前上飞院和中国飞机强度所正在联合对C919 进行整机静力试验，进展很好， 期待C919 首飞成功和早日翱翔在祖国的蓝天上！

  记者：您著有《表面完整性理论及应用》，请谈谈这本书的主旨是什么？

  高教授：《表面完整性理论及应用》是在国家出版基金项目和中国工程院国家重大战略咨询项目的资助下完成的一部专著，旨在扭转我们制造业的现状和转变已有的制造理念。

  目前国内的加工制造业多数是在仿制中发展起来的，也是以成形加工为目标的低中端控形制造，缺少以面向使用性能需求的控性智能制造基础和应用研究，这导致我们很多高端的装备和装置受制于人，有些基础核心的高端零部件加工制造不出来。

  控性制造就是以控制零部件的表面完整性为手段面向服役性能而建立的主动控制智能系统性制造，以获得能够保证零部件表面完整性的工艺域（即工艺参数范围）大数据库为其重要核心，为高端产品制造的主要和核心内容，属于一个企业甚至国家的核心技术秘密。

  实现零部件的制造理念从形状尺寸、表面粗糙度等控形制造到以使用性能为导向的表面完整性控性智能制造， 是实现中国制造2025 的关键，也是完成中国制造强国梦的途径。

  期待这本书能够带给大家思索的同时，也希望能够加快制造业从控形仿形制造到控性智能制造的理念转变。

  记者：您觉得中国要在航空航天领域发展得更好，还需要做哪些方面的努力？

  高教授：中国的航空航天能够发展到今天的态势实属不易。新中国成立之初，中国的航空航天是一穷二白。在国家的大力重视下，钱学森等老一辈科学家呕心沥血，奠定了中国航天事业发展的基石，也涌现出一批优秀的科技人才并取得了突出成果，典型的如两弹一星。

  虽说我们的航空航天事业建国以来到今天取得了巨大的成绩和进步，但还应该清楚地认识到我们的基础研究还是很不够的，主要问题是我们还是落后的传统制造技术，对先进的制造技术研究不够，而且我们的飞行器关键零部件的实验数据还不是很充分，整个飞行器从制造生产到服役及维护过程中关键数据的研究也不充分，大数据库的建立迫在眉睫。

  提到还要做哪些方面的努力呢？我认为从四个方面来谈：自主先进制造技术体系、自主创新能力、注重人才培养、重视基础研究。

  “一代制造，一代制备”，这不仅体现别的行业，更体现在在航空航天领域。

  我们总希望从国外买来先进的技术，这是不可能的。因为先进的技术或工艺是买不来的，即使别人肯卖给你设备，也是落后的工艺技术所使用的设备。先进的制造技术就是确保产品性能的制造技术，制造强国要有自己的制造技术体系和检测系统，才能达到别人可以制造的我也能制造别人制造不了的我还可以制造，这才是真正的制造强国和大国， 也是我们的制造中国梦。因此建立自主先进制造技术体系非常重要。为了推动先进制造技术和工艺，我一直在从事改性制造技术研究，也非常有幸参加了中国工程院牵头的有关核心制造技术的国家咨询项目和国家重大咨询项目，为目前突破我国制造所存在的瓶颈问题提出了一些建议。

  另外，发展航空航天事业不能忽略对人才培养重要性的认识，更不能忽视了对基础研究的重视。我们的科研不能只看论文，更应侧重加强在理论指导下的工程应用项目，这对推动航空航天领域的发展是至关重要的。

  记者：请您展望一下未来中国航空航天领域材料的防护？

  高教授：材料防护发展很快，也在航空航天核电等领域得到了重视和应用。航空发动机叶片、发动机和飞机连接高强螺栓、飞机起落架、航天钛合金螺栓等零件对防护都提出了很高的要求，叶片采用TBC、螺栓采用喷涂、起落架采用HVOF 等来进行防护以提高耐高温氧化、抗腐蚀和耐磨等使用性能。

  为了更好的发展材料防护，尤其是零部件的防护，希望一方面增加防护层的结合力，另一方面最好不要引入过大的残余拉应力，此外还需要注意防护工艺的稳定性和成熟度及经济性，而这需要加大对防护技术的基础和应用研究， 同时积累数据库和实现从材料研制到零部件生产使用维护的全面控制及寿命的智能预测。路漫漫，唯自强！

  后记： 中国航空航天工业在为国防、国民经济和科学研究直接服务的同时，还在向国民经济各部门推广和转移先进技术方面取得了显著的效益。大家行动起来，为了共同的目标，为我国航空航天工业蓬勃发展、蒸蒸日上而努力拼搏吧！

  人物简介

  高玉魁，同济大学教授，博士生导师，现为中国机械工程学会高级会员和热处理分会理事、热处理分会和表面工程分会表层改性专业委员会副主任兼秘书长、热处理分会青工委副主任、中国齿轮专业协会表面强化与残余应力专业委员会副主任、《表面技术》期刊编委、上海航空学会委员。

  主要研究方向为材料力学行为（侧重研究固体材料的疲劳断裂）、表面强化工艺（喷丸强化、激光冲击强化、滚压、挤压、复合强化等）、结构完整性评价（裂纹萌生与扩展寿命及耐久性）、表面完整性分析（显微组织、残余应力、表面形貌、表层梯度性能设计）、航空航天飞行器关键件的寿命预测与延寿技术等。

  曾在北京航空材料研究院从事航空航天零部件的表面强化与表面完整性研究十余年，并于2010年4 月～2011年2月期间在丹麦科技创新部DANIDA项目全额资助下到丹麦科技大学（DTU）RisΦ校区风能实验室进行访问学习和从事纳米材料梯度特性研究。2012年调入同济大学到航空航天与力学学院工作。2009年和2012 年曾2次被中国工程院聘为国家咨询项目和国家重大咨询项目专家。

  他提出了表面强化工艺的优化判定准则和表面强化改性新机理，发展了激光冲击强化和脉冲电子束等高能复合表层改性技术和强化效果评价方法，在航空发动机涡轮盘、叶片、高低压涡轮轴及飞机起落架、垂尾梁、机翼盒段与航天火箭口盖、支座及核潜艇连杆等关键零部件上推广应用了表面强化改性技术并取得显著的延寿效果，在国家出版基金资助下出版了专著《表面完整性理论与应用》，以第一作者和通讯作者发表学术论文50余篇，以第一发明人获批国家发明专利2项，获得省部级科技成果奖三次，获得了“周志宏”青年科技成就奖和中俄先进材料和制造工艺国际会议杰出青年奖。

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