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开拓创新 推动热喷涂技术的高性能应用——西安交通大学李长久教授
2020-06-19
李长久，1962 年生，西安交通大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，国家自然科学基金杰出青年基金获得者。兼任中国表面工程协会热喷涂专业委员会副理事长、中国机械工程学会焊接学会热喷涂与堆焊专业委员会副主任委员、中国机械工程学会表面工程学会副主任委员、陕西省机械工程学会表面工程分会理事长、陕西省机械工程学会焊接学会副理事长、《中国表面工程》《涂层技术》副主编 （Associate Editor）。1989 年获大阪大学工学研究科焊接专业工学博士学位，1989 年至1992 年在日本近畿高能加工技术研究所从事博士后研究，1992 年9 月回国进入西安交通大学工作至今。先后应邀作为客座教授访问大阪大学、日本通产省名古屋工业技术研究所、法国贝尔福‐蒙贝利亚技术大学、新加坡南洋理工大学以及美国纽约州立大学石溪分校。应邀担任2007年和2016 年国际热喷涂会议组委会主席、2009 年和2015 年亚洲热喷涂会议主席等。
自1983 年以来，李长久教授一直从事热喷涂涂层沉积机制、涂层结构与性能表征及涂层应用相关的研究工作，包括高性能热障涂层与耐磨涂层的研发、固体氧化物燃料电池与染料敏化太阳电池的成形制造技术开发等。主持国家自然科学基金项目、国家863 计划项目、国家973计划项目、国家重点研发计划国际合作项目等共20 余项，主持或参与国内外校企合作项目30 余项。在国际学术期刊发表论文340 余篇，在国内期刊发表论文70 多篇，在国际会议发表论文200 多篇，其中SCI 收录论文350余篇，SCI 他引超过6400多次，H 因子50。2004 年获陕西省科学技术奖一等奖，2008 年获国家自然科学奖二等奖，2009 年荣获“全国模范教师”称号，同年作为学术带头人带领的团队入选长江学者创新研究团队。2017 年当选美国金属学会会士，2019 年入选美国金属学会热喷涂名人堂。
1 迎难而上开展热喷涂技术基础与应用研究
热喷涂是一种表面强化技术，主要利用高温热源将金属、陶瓷或金属陶瓷颗粒加热到熔化或半熔化状态，以一定速度喷射到基体表面，形成涂层，使设备、工件表面获得不同于基体的性能，以提高表面的耐磨、耐腐蚀、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电以及其他各种特殊物理化学性能。作为一门交叉学科，热喷涂技术涉及到材料科学、表面物理化学、传热学、等离子物理等学科。
1992年，李长久教授回国开展热喷涂技术研究，为了能使国内相关研究与开发赶超国外先进水平，他带领团队不断突破技术难点，使得该技术达到国内领跑、国际先进水平。李长久教授团队于1996年自主研发成功国内首台超音速火焰喷涂设备，1997年率先开发出微束等离子喷涂系统，1998年研制出了热喷涂粒子监测系统，2000年作为国际上率先开展冷喷涂研究的单位之一，李长久教授团队至今在冷喷涂设备开发及基础研究领域取得了大量的研究成果。李长久带领团队开展了热喷涂技术的基础与应用研究，取得了一系列重要的科研成果：提出并确立了示踪法显化与定量表征等离子喷涂陶瓷涂层层状结构的方法，引入定量表征参量揭示了等离子喷涂涂层结构的变化规律，阐明传统等离子喷涂陶瓷涂层的层间结合最大约为32%的特征；通过建立涂层结构参量与涂层性能的关系，阐明了粒子层间结合对涂层性能的控制作用；揭示了陶瓷涂层层间结合的控制因素及机制，阐明了涂层层间结合率与涂层材料熔点间的相互关系，发展了基于沉积温度控制层间结合率的方法，并通过材料设计实现在室温环境下获得粒子间充分结合的致密涂层；经过30多年的不断深入研究，建立了热喷涂涂层粒子间结合形成理论，使得通过粒子结合调控涂层性能并发展包括热障涂层在内的高性能应用成为可能。
2 积极推动技术成果转化落地
热喷涂与传统材料加工技术显著的不同之处在于，传统的焊接技术、电镀技术、激光熔覆技术等所追求的是“无缺陷”的焊缝或镀层制备。而热喷涂所追求的是基于“孔隙缺陷控制”的涂层应用技术，孔隙率从超过50%到20%～30%，再到接近完全致密的任一孔隙率涂层均具有巨大的应用潜力。
李长久教授在进行科研创新的同时十分注重技术成果的转化落地。他主持研发的国内首套超音速火焰喷涂系统，改变了我国依靠进口的现状，也带动了相关产业的发展。在他的积极支持和指导下，西安交通大学的毕业生创办了上海君山表面技术工程股份有限公司，把超音速火焰喷涂技术大规模推向市场应用的公司。公司和上海宝钢合作大幅度提升了宝钢连铸连轧汽车钢板生产的质量合格率，为超音速火焰喷涂技术在钢铁冶金领域的推广应用及提升冶金产品生产效率和质量作出了重要贡献。
3 问鼎全球热喷涂领域“名人堂奖”
热喷涂作为材料保护涂层技术与功能涂层技术已在机械制造、纺织、造纸、石化、电力、航天航空等领域获得广泛应用，成为高端装备制造与新能源技术发展等不可或缺的技术，也是再制造与增材制造的重要方法。李长久教授所带领的热喷涂研究团队针对孔隙率超过50%的可磨耗封严陶瓷涂层、基于不同孔隙率的多层设计的高性能热障涂层、粒子间充分结合的耐磨损致密陶瓷涂层与金属合金涂层、溶液不浸渗的完全致密冷喷涂耐腐蚀合金涂层等，发展了系列新方法从而突破了现有技术的限制，为充分发挥涂层材料潜力、拓展热喷涂技术的应用范围提供了重要的理论支撑。
为表彰李长久教授深入揭示热喷涂涂层形成机制、涂层显微结构与性能关系，并指导热喷涂技术的高性能应用所取得的成就，美国金属学会将2019年度的热喷涂名人堂奖授予李长久教授。美国金属学会热喷涂名人堂奖设立于1993年，致力于奖励全球范围内对热喷涂科学技术、生产教育、管理进步，作出重要成就与贡献的杰出领导者，2019年全球仅有3人获“名人堂奖”殊荣。
李长久教授从事热喷涂涂层沉积机制、涂层结构与性能表征及涂层应用相关的研究工作已近40年，基于他在相关领域所取得的丰硕成果，西安交通大学在热喷涂技术方面的研究已走在全国高校的前列，在世界上也是处于领跑地位。更为难得的是，在完成繁重科研任务的同时，李长久教授培育硕士、博士20多届，不仅承担多门本科生和研究生课程，而且还担任材料学院本科生的学业导师，努力为学生创造一个良好的成长成才环境，深受学生们的爱戴。
