从实验室到生产线，卢柯院士解码金属材料“强韧”之路｜2025浦江创新论坛

提升金属的性能，是材料科学持续攻关的核心命题。“研究金属的韧性至关重要，主要原因在于韧性是金属材料最核心、最不可替代的优势，直接关系到材料在实际应用中的安全性和可靠性。”这也是25年来辽宁材料实验室主任卢柯院士带着团队一直在攻克的方向。今天上午，在2025浦江创新论坛主论坛上他带来了关于材料科技未来的分享，用朴实而坚定的语言讲述了中国科学家如何通过“科学发现”与“技术研发”双链并行的模式，推动金属材料从基础研究走向工业应用的历程。

辽宁材料实验室主任卢柯院士 摄影记者 陶磊

“韧性就是材料抵抗裂纹扩展的能力。陶瓷强度高，但一旦有裂纹会立刻断裂；塑料便宜，但强度不够。而金属在强度与韧性之间达到了最好的平衡，是迄今为止最可靠的人造材料。”卢柯说，他们的探索始于25年前一个大胆的选择：“我们没有走传统的合金化路线，而是选择通过工艺调控结构，不改变成分，只改变构型。当时全世界都在往金属里加元素，希望通过合金化稳定结构。这一选择，意味着放弃现成的理论和工艺，走上一条充满未知的创新之路。”

正是这条“难路”，带来了意想不到的突破。2000年初，团队发展出“脉冲电沉积”技术，首次制备出高密度纳米孪晶铜。“这种结构强度比钢还高，导电性却接近纯铜。大家都知道，强度和导电性通常是‘此消彼长’的矛盾关系，但通过这一技术做到了兼顾。”随后，他又发现了“梯度纳米结构”，也就是通过表面塑性变形技术在金属表层构建出由细到粗的梯度纳米晶，既提高了金属的硬度还同时提升了强度和韧性。“这完全出乎学界预料，后来被公认为是材料科学的重要突破。”

但在材料科学之路上，卢柯并没有就此满足。“其实，真正的挑战在工艺，包括如何稳定、均匀、低成本地制备这些结构。我们为此又花了十多年时间。”三年前，团队的坚持让科研成果真正“落地”——将梯度纳米结构技术应用于铝材轧制辊（俗称“轧辊”），在西南铝业进行中试。“传统轧辊表面要镀铬，高污染、高成本、寿命短。我们用纳米结构强化表面，耐磨性大幅提升。”也因此，轧辊寿命从几十天延长至280天以上，有的甚至一年都不用换，这都让生产效率大幅提高。据透露，我国部分钢厂已经开始批量试用。

回顾二十多年科研路，卢柯感慨道：“材料研发不是单向的科学到技术的线性模式，而是科学发现和技术研发这两条链的相互促进、并行前进的过程。过去常说‘科学引领技术’，但我们发现，技术突破也能带来新的科学问题。比如，当我们把晶粒做到50纳米以下，意外发现材料反而更稳定了；做到10纳米以下，铜竟形成了前所未有的‘smart crystal’结构，强度接近理论极限。这些现象，只有在先进工艺支撑下才能被观察到。”辽宁材料实验室应运而生，目标就是打通从基础研究到产业应用的全链条。”目前，实验室已布局六大技术方向，设立专门研究所，汇聚专职研究人员200余名，兼职300多人，近十分之一来自海外。“我们坚信，在科技自立自强的新时代，必须创建国际化的创新平台，开展以我为主的国际合作。”