董曦曦，南京航空航天大學(xué)教授、博導(dǎo)，國家級青年人才，江蘇特聘教授。擔(dān)任“先進成形技術(shù)與裝備全國重點實驗室”共建單位負(fù)責(zé)人、南航航空宇航制造工程系實驗室主任。2015年博士畢業(yè)于清華大學(xué)機械工程系，2016-2023年在英國布魯內(nèi)爾先進凝固科學(xué)技術(shù)中心(BCAST)和英國國家液態(tài)金屬工程中心(LiME)工作。主持或參與國家級青年人才項目、江蘇省部級項目、英國國家級重大創(chuàng)新項目/重大產(chǎn)業(yè)化推廣項目、歐盟重點企業(yè)委托攻關(guān)項目等；在Acta Materialia等期刊發(fā)表論文50余篇；申請國內(nèi)外發(fā)明專利10余項，其中4項國際發(fā)明專利已在英國和歐盟地區(qū)新能源汽車、航空航天企業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)化應(yīng)用。擔(dān)任《Journal of Magnesium and Alloys》、《China Foundry》、《特鑄》、《精密成形工程》等期刊青年編委。研究成果獲2023年國際鎂協(xié)優(yōu)秀獎(排2)、2022年國際鎂科學(xué)技術(shù)獎 (排2)、2017年英國國家獎(排2)、2015年清華大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎等。

因為我本人擅長的是鑄造里面的一個大方向，是輕合金鑄造這一塊，現(xiàn)在主要的研究方向分為3塊，一個是高性能的輕質(zhì)合金材料，包括鋁合金和鑄造，就是鑄造相關(guān)的鑄造鋁合金和鎂合金，高性能的各種高性能的輕質(zhì)鑄造合金的開發(fā)。然后第二部分是智能化的工藝和裝備，涉及到工藝呢，就相當(dāng)于是有重力、低壓、高壓，還有包括現(xiàn)在的熔模鑄造，這個航空航天用得比較多，還有以前我做的汽車相關(guān)的比較多，特別是在國外的時候。然后回到國內(nèi)之后呢，因為南航這個學(xué)校，我們知道特色是航空航天，所以說現(xiàn)在三分之一的工作大概是做和航空航天相關(guān)的鑄造，這就涉及到熔模精密鑄造。然后第三個主要的方向就是現(xiàn)在都講AI+材料、AI+鑄造，所以說現(xiàn)在就是圍繞在智能化的材料開發(fā)和智能化的工藝方面和智能化的裝備開發(fā)方面，這目前也是我們這個課題組一個新興的研究方向。

這個耐熱鎂合金，大體上分為兩類，一類比如說我們那個重力和低壓這一塊，當(dāng)然熔模也可以用，第二塊就是用到那個壓鑄、高壓壓鑄這一塊。而我們現(xiàn)在呢，無論是用到那個重力和低壓還是高壓這一塊，像鎂合金耐熱鎂合金，都承載著科學(xué)上的一個問題，就是要把鎂合金做強，一般都需要熱處理強化，強化之后呢，鎂基體里面就會長出析出相，現(xiàn)在目前存在一個科學(xué)挑戰(zhàn)，就是這個熱處理時效析出基體內(nèi)部的納米析出相，它一旦溫度超過250℃之后，這個析出相就粗化得比較厲害，這就導(dǎo)致它在250℃以上的這個耐熱能力不足，現(xiàn)在是存在一個這樣普遍的科學(xué)上的挑戰(zhàn)。所以現(xiàn)在圍繞這個挑戰(zhàn)有好多種思路在克服，現(xiàn)在整體上，我們的重力和低壓鑄造鎂合金，因為它能夠熱處理，所以它的強度會高一點，它初始的鑄態(tài)強度會高一點，然后到了250℃以上呢，雖然說它強度掉得比較厲害，但它相對于我們的高壓壓鑄，因為高壓壓鑄一般是直接壓完就直接用，所以高壓壓鑄初始的強度，比重力和低壓這種熱處理之后的強度要低一點，因為它沒有熱處理，所以就導(dǎo)致壓鑄這一塊我把溫度做到250℃以上或300℃以上的難度更大。

至于這兩塊的應(yīng)用場景，比如說耐熱鎂合金現(xiàn)在就應(yīng)用于一些高速的飛行器，現(xiàn)在飛行速度更高了之后，以前可能要求250℃就夠了，但現(xiàn)在飛行速度更快了之后，它的摩擦生熱，包括發(fā)動機里面，它對耐熱溫度的需求更高了，這一塊就是主要集中在可能是航空航天里面，對于耐熱鎂合金的要求可能需求多一點。而民用里對于耐熱鎂合金的應(yīng)用，比如說我們之前在英國的時候，給歐盟一個企業(yè)做的耐熱鎂合金，它就是做民用的電動工具，比如說在花園里面用的工具。包括現(xiàn)在全球的鏈鋸里面，它還是用的燃油發(fā)動機，燃油發(fā)動機里面就需要這種耐熱鋁合金和鎂合金。

我們當(dāng)時做那個課題，為什么用鎂合金呢，因為像鏈鋸這些手動工具是需要人操作的，用鎂之后它就比鋁輕，這樣到人操作的話，比如說我操作一個6kg和操作一個5kg，長時間操作那肯定5kg這個優(yōu)勢還是更大的，所以民用里面還是涉及到耐熱鎂合金，這也必然是一個溫度場景的需求，那要么是發(fā)動機，要么是剛才講的那種高速飛行器，它的外界會產(chǎn)生額外的熱，所以它要耐熱。目前壓鑄這一塊和新能源汽車這一塊，對這個耐高溫鎂合金應(yīng)該沒有太強的需求吧，因為它那個電機發(fā)熱沒有像內(nèi)燃機里面的溫度，內(nèi)燃機里面溫度一般是300℃左右，但我們現(xiàn)在汽車它的場景可能很難達(dá)到300℃以上，所以說它有這樣一個耐熱鎂合金的需求，但是沒有燃油發(fā)動機或者說航空航天這樣的需求高，但是它會對導(dǎo)熱有需求，因為有電機的熱量，要快速地把它吹出去，所以說在新能源汽車?yán)锩鎸Ω邔?dǎo)熱鎂合金肯定是有需求的。

耐熱是取決于你的使用工況，就是絕對溫度，剛才講了科學(xué)方面的挑戰(zhàn)，就是250℃是一個分界線，如果現(xiàn)在要做250℃以上、300℃，特別是400℃，現(xiàn)在提的挑戰(zhàn)就是比如說鋁合金鎂合金，現(xiàn)在做到400℃，特別是要做到大批量的可靠的，做到400℃以上是一個挑戰(zhàn)。但是從科學(xué)研究進展來說，現(xiàn)在取得了一些進展，比如在鋁合金方面，之前在《nature material》那種期刊上，報道了那個原位相變，就是讓析出相怎么樣更穩(wěn)定，可以把它做到300℃、400℃，甚至現(xiàn)在通過復(fù)合材料的途徑，可以把耐熱鋁合金做到500℃，就用復(fù)合材料里面加陶瓷顆粒，陶瓷粉，這是現(xiàn)在有科學(xué)上已經(jīng)報道的，但是鎂合金這一塊呢，現(xiàn)在還沒有進展。

我們現(xiàn)在做到300-350℃，我們提了一個新思想，就是高溫會快速溫度升高，因為它擴散能力增強，強化相就擴散，擴散粗化之后它的強化能力就弱了，我們現(xiàn)在就提了一套新的耐熱的結(jié)構(gòu)，所以說我預(yù)測鎂合金后面會像鋁合金一樣，有耐400℃的。但是鎂和鋁它有一個區(qū)別，就是鎂合金一旦溫度過了400℃之后，它的氧化非常厲害，鋁合金就不存在這個問題，所以說鋁合金可能400℃是一個標(biāo)志性的一個使用溫度場景。我們現(xiàn)在就是摸到這個350℃這個檻，就300℃到350℃，而且我們是在壓鑄這個特別難的這個事情上我們?nèi)〉昧艘稽c成績。接下來就是在重力鑄造這個方面，看能不能做到350-400℃?，F(xiàn)在350-400℃它的絕對強度還是比壓鑄要高，但是不采用新思想就掉得幅度大，它雖然說剛開始的那個絕對值大，但是掉得多，到了350℃之后掉得特別厲害，溫度每增加25℃都掉得特別厲害。

我們在英國也做了不少低壓鑄造工作，我們那個低壓鑄造當(dāng)時是給汽車做副車架，還有就是它里面有些連接件。在英國的趨勢是已經(jīng)把數(shù)字孿生技術(shù)用到了低壓鑄造里面去了，然后第二個特色是我們掌握的技術(shù)，一個是低壓鑄造全流程的，一個是最基礎(chǔ)的高性能的材料，這一塊我們有一個國際專利，另外在工藝方面，我們是有一套標(biāo)準(zhǔn)的，對材料的鑄錠的控制，再到鑄錠來了之后，熔煉過程中會有一套熔體處理的流程，它要標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，從熔體完了之后再到澆注成為鑄件這個過程，這是另外一套工藝規(guī)范，然后這之后呢，有一套測試的標(biāo)準(zhǔn)，就是比如說熔體的增量控制到什么程度，我們是有精確的指標(biāo)能控制，相當(dāng)于說我們掌握的技術(shù)優(yōu)勢，就是有全流程的，一個從基礎(chǔ)的鑄錠，到工藝到出來產(chǎn)品一套全流程的，我們自己內(nèi)部定的一條規(guī)范，而且是可量化的規(guī)范。然后第三塊就是我們把數(shù)字孿生技術(shù)，用到了低壓鑄造里去，這個項目是大概五年前我們在英國做的一個項目，就是和英國的一個低壓鑄造的一個公司合作來做的這件事情。國內(nèi)目前在低壓鑄造這一塊應(yīng)該是很少。國內(nèi)低壓鑄造現(xiàn)在已經(jīng)上了一些新的產(chǎn)線，智能化成本還很高，但是AI肯定是未來的趨勢，數(shù)字孿生+AI肯定是輔助鑄造，這是未來的趨勢。我們現(xiàn)在是做到了這一步，把數(shù)字孿生引進去了，這個工作實際上是五年前我們就開展了，然后這個論文應(yīng)該是很快會發(fā)表，所以說這個就是我們這邊的特色，就是我們有全流程的品控，有自己的合金材料，然后有新的智能化的低壓鑄造技術(shù)結(jié)合數(shù)字孿生，當(dāng)然后面就說一定是要發(fā)展AI，發(fā)展成為全流程的智能化。

智能鑄造這個概念比較大，國內(nèi)這個程度現(xiàn)在不好講，我只能把我自己知道的給大家分享一下。智能鑄造不能簡單地說它到底是什么，我個人理解，大體上它可能至少分為3塊，一塊是智能化鑄造的鑄造材料的開發(fā)，第二塊就是用了材料之后工藝的智能化，這里工藝包括的核心思想，就是要有工藝數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，和出來的產(chǎn)品的缺陷、質(zhì)量、成品率這些掛鉤，然后形成一個生產(chǎn)實際，可以原位控制的工藝。比如說以前的工藝就是靠經(jīng)驗，靠現(xiàn)場的師傅和設(shè)計師的經(jīng)驗來設(shè)計，現(xiàn)在就是通過這樣一個大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，經(jīng)過學(xué)習(xí)我可以智能化地確定這樣一個工藝，或者說出了問題我可以實時地優(yōu)化調(diào)控，智能化地去調(diào)控工藝。第三個就是智能化的裝備，就現(xiàn)在的低壓壓鑄機、高壓壓鑄機的裝備，整個裝備就是一套智能化的裝備。所以說這個智能鑄造起碼至少要包含這三個方面。而這三個領(lǐng)域是缺一不可，因為最后都是從材料到工藝到最后做這個產(chǎn)品的智能化裝備，它有機地連接起來最后才能獲得高性能的產(chǎn)品。所以說智能化的工藝，輔助的點在于，一個是把產(chǎn)品的穩(wěn)定性和成品率提高，這一塊加了智能化肯定會有幫助，但智能化肯定是至少包括材料工藝裝備各方面有機協(xié)調(diào)。

我覺得其實國內(nèi)發(fā)展是不錯的，像我們北科大有院士在做，包括上海大學(xué)，還有其他好多的學(xué)校都在做這一個高通量計算，智能材料開發(fā)。但是我這里可以給大家分享一個大家不知道的，我們在國外的一個情景，國外的智能化材料分為一個正向設(shè)計，一個反向設(shè)計。正向設(shè)計從源頭出發(fā)，比如說根據(jù)基礎(chǔ)的材料的物理化學(xué)知識，需要什么目標(biāo)場景，我就可以自動地一步一步地根據(jù)一些準(zhǔn)則，把它篩選出來，這叫正向設(shè)計。反向設(shè)計就是說可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，反過來設(shè)計，這兩個路徑都是可以的。目前在英國，其實已經(jīng)出現(xiàn)了這樣一個智能化的，主動設(shè)計的一個工業(yè)軟件。就是我們做過一個項目，在回國之前，2021年做過一個項目，我們當(dāng)時設(shè)計鑄造鋁合金，就用的那個軟件平臺。那個軟件平臺開發(fā)出來，是花了應(yīng)該是20到30年，至少這么多年的沉淀，不是5年弄出來的，那個是正向設(shè)計的軟件。這一塊國內(nèi)現(xiàn)在應(yīng)該是投入了，我們不是建那個材料基因工程嗎，這塊其實我們已經(jīng)做了好多年了，所以說其實國內(nèi)這塊并不弱。但是我覺得，國內(nèi)可能現(xiàn)在需要形成這種工業(yè)化的軟件。比如說我在英國見到了他們已經(jīng)出了這樣一個可以商業(yè)化的工業(yè)軟件，它可以不光只是應(yīng)用在我們鑄造合金的開發(fā)，也可以用于增材合金的開發(fā)。這一塊是材料方面的，工藝方面我剛才就講了，在英國現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到這樣一個程度，把數(shù)字孿生充分地融入到鑄造里面去，大概在五六年前英國已經(jīng)就是把數(shù)字孿生就用到這里面去了。像這個階段我們已經(jīng)引入了，但現(xiàn)在這一階段我估計應(yīng)該是把智能化引入到工藝?yán)锩?，我們那個數(shù)字孿生，它不是簡單的數(shù)字化，比如說之前我模擬出來只能看到缺陷，用了數(shù)字孿生技術(shù)之后呢，我們可以看到鑄件的性能，就是鑄件只要在工業(yè)條件中鑄件設(shè)計完了，鑄件一出來我們知道鑄件這個地方那個地方性能是多少，這是我們的一些優(yōu)勢，這也是我們關(guān)于工藝方面的一個特色。

然后在工藝方面，特別是壓鑄方面我們也做了很多大量的工作，提到一體化壓鑄工作最經(jīng)典的，為什么現(xiàn)在做1m-2m長，它充到600mm就不行了，有很多缺陷，這個結(jié)果是我們最先做出來的，也是我們最先報道出來的?，F(xiàn)在根據(jù)這樣一個基礎(chǔ)點不是開發(fā)雙壓射嗎，雙壓射就是基于這樣一個實驗事實，這個文章我們是2022年發(fā)表的，然后現(xiàn)在就是說雙壓射，而我現(xiàn)在正跟我英國導(dǎo)師一塊合作來做這個事情，現(xiàn)在我們就想說不用雙壓射應(yīng)該也是有可能有辦法把這個事情給解決了。所以我們要做就做這個行業(yè)的難題，包括之前做耐熱鎂合金，被壓鑄很難，當(dāng)時是那個歐盟的公司，他也找了澳大利亞的人，澳大利亞的人不敢接這個活，因為難度風(fēng)險很大，后來就是我們老師硬把這個接下來了，然后我跟老師一起合作，讓這個東西取得一點起色，我們就希望能對這個行業(yè)有點幫助。

 

那個耐熱鎂合金我們已經(jīng)量產(chǎn)了，因為我們在英國是一個工程中心，我們是從技術(shù)研究到工程應(yīng)用，是要面向工程應(yīng)用的，特別在英國跟老師一直是做的是跟歐洲、北美的企業(yè)合作，就是面向工程應(yīng)用的。但是做的很多問題涉及到的底層呢，有很多科學(xué)問題沒解決，剛才講的就是耐熱鎂合金，這就是一個典型的案例，包括一體化壓鑄的充型，超過600mm之后它那個性能后面的缺陷就很多，這一塊怎么去控制它。所以說我們現(xiàn)在一體化壓鑄這一塊，目前還在做的工作一個是剛才說的智能化的材料，我們已經(jīng)開發(fā)出了一套基于實驗數(shù)據(jù)，我們是反向設(shè)計的，智能化的軟件系統(tǒng)已經(jīng)出來了，基于自己積累的實驗大數(shù)據(jù)，然后另外一個就是剛才講的工藝方面，針對這個行業(yè)的痛點和難點，我目前在做一個工作，這個工作可能預(yù)計三年之后，一體化壓鑄比如說充到1m之后，它可能比以前更好了，這個應(yīng)該是不一定非得采用雙壓射。

 

這一塊其實一直很難，但是我可以根據(jù)我們跟企業(yè)合作的經(jīng)驗，特別是國外的企業(yè)的合作經(jīng)驗給大家分享一下，為什么有些成果從學(xué)校到企業(yè)很難。我舉一個案例，我們當(dāng)時跟歐洲一個企業(yè)合作做一個東西，其實在實驗室測得很好了，但這個技術(shù)到了現(xiàn)場，它不是到現(xiàn)場馬上就能用的，它需要企業(yè)里面有經(jīng)驗的工程師來轉(zhuǎn)化。比如說我之前把鋁合金變成鎂合金了，那鋁合金和鎂合金它這個裝配，它的熱膨脹系數(shù)、間隙什么都不一樣。但這塊屬于機械設(shè)計，這不是我們擅長的領(lǐng)域，但在歐洲公司里面，他就有擅長這種，我把材料變了之后這個間隙怎么樣去設(shè)計，他有很靠譜的分析軟件。換了場景和換了材料之后，或者換了新產(chǎn)品，企業(yè)里面一定要轉(zhuǎn)化之后應(yīng)用。一個技術(shù)從高校、研究所到企業(yè)，企業(yè)里面的工程師一定要做一些改進的，我分享的經(jīng)驗就是在這，就是說企業(yè)里面要有而且是要兩方聯(lián)合起來，把這個空缺給彌補了。并不是說學(xué)校開發(fā)的這個材料、工藝它不好，只是你要適應(yīng)這個場景，它會要做一些改善，這個改善比較重要。

那現(xiàn)在也知道這種國內(nèi)的企業(yè)其實很多還是在強調(diào)生產(chǎn)和銷售，對研發(fā)對技術(shù)這一塊目前投入的這個能力和精力好像是不夠的。另外還有一部分就是，企業(yè)的負(fù)責(zé)人就希望學(xué)校研究所拿一個技術(shù)過來直接能用，所以我自己的親身經(jīng)歷就是，一個技術(shù)從學(xué)校，因為學(xué)校并不具備生產(chǎn)的環(huán)境和掌握能力，我們把材料開發(fā)出來了，把工藝開發(fā)出來了，這個材料要制造出來，這個現(xiàn)場的工藝也很重要，這個工藝是要兩方聯(lián)合，有些時候可能就是一個模具沒設(shè)計好，或者說一個材料換了之后熱膨脹系數(shù)變了，間隙沒設(shè)計好，就導(dǎo)致整個鑄件最后效果就完全不一樣。所以說這個環(huán)節(jié)就是我們的一點經(jīng)驗。我們那個項目在國內(nèi)也有人做過，最后國內(nèi)沒有推廣起來，但是我們在國外把它做成功了，就是因為企業(yè)有非常有經(jīng)驗的工程師來配合你把這件事情走到底了，也就是說國內(nèi)的企業(yè)其實后期也需要能夠更好地適應(yīng)高校的研究成果，能夠有更好的技術(shù)開發(fā)人員來對接。那我覺得這塊應(yīng)該說這幾年我看國內(nèi)的企業(yè)，他們也有開始成立研發(fā)中心，我想后期的話跟高校的對接可能會更順利一些，以后這趨勢肯定是這樣。從國家層面講，現(xiàn)在在長三角地區(qū)設(shè)立國家級的中試平臺，就是為了彌補這樣一個學(xué)校研究所的技術(shù)到了企業(yè)生產(chǎn)中間的缺漏，現(xiàn)在國家趨勢就是設(shè)立國家級的中試平臺基地。另外一個現(xiàn)在國家特別強調(diào)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，所以這提了一個很好的問題，就是那種比如說長三角的國創(chuàng)中心，就是拿了這些新技術(shù)來孵化轉(zhuǎn)化應(yīng)用了。