杨锐

杨锐,1965年2月出生于湖北南漳。1980年入武汉水利电力学院机械工程系学习,1987年和1992年分别于中国科学院金属研究所和剑桥大学获材料科学硕士和博士学位。1992-1995年在剑桥大学圣约翰学院任TitleAResearchFellow,1995年回国任中国科学院金属研究所研究员,1997年任中国科学院金属研究所钛合金研究部主任至今。2004年至今先后担任973计划“材料计算设计与性能预测基础问题”、“面向性能的材料集成设计的科学基础问题”和“基于集成计算的材料设计基础科学问题”三个项目首席科学家,他曾于2000-2006年间先后担任Intermetallics期刊AssociateEditor和Editor,2011年当选中国材料研究学会第六届理事会副理事长。杨锐主要从事新型钛合金材料领域的研究工作。他组建了强有力的团队,在钛铝金属间化合物、粉末冶金钛合金和医用低模量钛合金等方向开展了系统深入的研究。他从材料基础研究出发,解决钛合金在高端工业应用中的关键技术问题,他的主要科研成果对钛合金在航空航天和生物医用等领域中的应用产生了重要的推动作用。杨锐在金属间化合物领域的基础研究工作围绕材料研制的关键问题展开。决定金属间化合物高温强度的一个重要参量是有序化转变’温度,  它可由经典的Bragg-Williams模型得到,但计算结果相差数百K。杨锐和合作者采用第一原理与统计力学结合的方法,引入子随长程序参数线性变化的点缺陷形成能,由此建立了自洽求解点缺陷热平衡浓度的新方法,使有序化转变温度的计算精度提高了  1个数量级(如CuZn的计算误差由422K降低到11K),并使计算不同组分的影响成为可能。杨锐等发展了基于原子占位概率的估算多元金属间化合物合金中两相含量的方法,由此可以确定添加的合金化元素对相含量的影响。这些针对实际问题的深入的基础研究对合金设计起到了指导作用。在钛铝合金研制和成形技术研究方面杨锐及其团队开展了持续、系统的工作。由于钛的化学活性高,熔液与大多数陶瓷反应,因此高稳定性陶瓷模壳研制是钛铝精密铸造的核心技术。杨锐指导研究生发明了具有优异化学稳定性的精铸模壳,设计研制了综合性能良好的钛铝合金,对离心浇注过程开展了计算模拟和实验验证研究,形成了研制高难度钛铝精密铸造零件的综合能力。该项创新导致与英国罗罗(Rolls-Royce)航空发动机公司的技术合作,2009年温家宝总理访英时双方在英国首相府签署了“钛铝低压涡轮叶片”技术合作备忘录。在解决易挥发元素含量和硼化物形态控制、脆性材料电极制备、高密度夹杂消除等问题基础上,杨锐团队发展了钛铝母合金锭制备技术,于2011年成为首家通过罗罗公司质量认证的合格供方,为这类新材料的规模生产辅平了道路。上述工作首次将钛铝低压涡轮叶片生产方法由耗时昂贵的毛坯加工间接制造提升到直接精密制造层次,在航空发动机钛铝部件精密铸造这一重要技术领域占有了一席之地。同样由于钛的化学活性高,钛合金粉末在制备过程中极容易被污染,这个问题导致钛合金粉末冶金技术的发展几经波折。2006年

以来,杨锐团队先后掌握了多种钛合金洁净粉末制备和粉末冶金技术,获得的粉末冶金钛合金的性能接近甚至超过锻件性能。他们将计算预测与实验研究结合,在揭示钛合金粉末冶金致密化过程中尺寸变化规律的基础上,掌握了构件尺寸精确控制方法,从而在短时间内解决了复杂形状钛合金粉末冶金叶轮制造难题,该项成果使我国钛合金粉末冶金技术进入国际先进行列,并在航天工程中得到应用。杨锐提出了采用第一原理方法计算体心立方金属体模量与理论强度,以指导寻找降低钛的体模量的合金化元素的研究思路,根据计算结果,在对国外已有材料进行深入分析基础上,通过实验优化过渡族金属Nb,Zr和简单金属Sn含量,研制了具有完全知识产权的Ti2448合金(Ti-24Nb-4Zr-8Sn)。该合金避免了这类钛合金中通常存在的有害相,并对马氏相变实现了有效控制,在保持高强度的同时获得了已有钛合金中最低杨氏模量,以及迄今已知结构金属材料中最低的体弹性模量和除铍之外最低的泊松比。由于Ti2448合金具有高达17%的拉伸延展率,该项研究突破了前人1J王纳的固体材料的低泊松比对应于低塑性的认知局限。在低Sn含量的Ti2448合金中观察到位错环在体心立方结构晶体中的均匀成核和可逆运动,发现原本为塑性变形机制的位错滑移在该合金中作为弹性变形机制发挥作用。该发现以及后续马氏体相变对超弹性贡献度的定量表征阐明了,Ti2448合金与形状记忆合金超弹性机制的差异,丰富了人们对固体材料弹性形变方式的认识。 Ti2448合金实现了与人体硬组织纵向弹性模量的匹配,较好地解决了困扰多年的植入器械和骨组织之间的应力匹配与传递问题,为解决骨组织被吸收等退行性病变和植入器械长期服役时因松动导致的失效等问题提供了优质医用植入合金。在Ti2448合金技术和杨等发明的多项表面处理技术基础上,威高集团与中科院金属所合作推动Ti2448合金的医疗应用。采用Ti2448合金制造的多种医用植入器件已通过了国家食品药品监督管理局天津医疗器械质量监督检验中心的生物安全性检验,接骨板和脊柱类弹性固定系统两类植入器件2010年分别在四家医院完成了临床试验。Ti2448合金因而成为我国自主研发的首个通过临床试验应用考核的骨替代钛合金材料。相关研究成果已引起生物医用材料国际同行的关注。

京ICP备号
版权所有 何梁何利基金
THE HO LEUNG HO LEE FOUNDATION