庞晓露：问题从实践中来，成果到实践中去

供稿|郭涛 / GUO Tao

内容导读

庞晓露，北京科技大学教授，博士生导师，国家优秀青年基金获得者。1999年考入北京科技大学材料学院，因成绩优异被保送读研并攻读博士学位，后留校任教，从此与涂层结下不解之缘。克服多大困难，就上多高台阶，在涂层领域的不畏困难和不懈努力让庞晓露在表面工程领域崭露头角。已累计发表SCI论文近90余篇，包括Acta Mater，Corros Sci等期刊，他引1800多次。问题从实践中来，成果应用到实践中去。从工程实践中凝练关键问题，揭示了膜致韧性基体开裂机制，发展了高温界面结合测量方法。基础研究成果在核电、武器用陀螺仪以及大规模集成电路散热基板等国家重大需求方面获得成功应用，取得了显著经济效益和社会效益。曾获中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖和中国机械工业科学技术一等奖以及国家优秀青年基金、霍英东基金、北京市科技新星、香江学者等多项人才项目。

硬质涂层以其优异的耐磨、耐蚀、抗氧化等性能，被广泛地应用于航空、航天等国家重大战略装备中。然而，金属材料表面高硬度、低韧性硬质涂层的存在却是一把双刃剑，在保护基体材料不受外界环境影响的同时也会在其开裂时对基体材料造成一定的损伤，这是制约其应用的一大瓶颈。因而，研究如何在保证硬质涂层原有功能性的基础上消除其负面影响，从而实现“鱼与熊掌”兼得，这对带有涂层的承载构件安全服役具有极其重要的科学和实际应用价值，吸引了无数的材料科学与工程工作者，其中来自北京科技大学材料科学与工程学院的庞晓露教授研究团队所取得的研究成果尤其引人瞩目。

自1999年以优异的成绩考入北京科技大学材料学院就读本科以来，庞晓露就立志成为一名材料科学家，而成为科学家的必要条件就是刻苦学习掌握坚实的材料科学基础理论知识，于是他四年如一日，刻苦学习。功夫不负有心人，最终他以班级第一、全年级10个班前三名的优异成绩获得保送硕士研究生资格。面对国内众多高校和研究所，庞晓露毅然决然地选择了留在母校深造。在杨会生、高克玮、乔利杰等教授们的引领与悉心指导下，他便与涂层结下了不解之缘。

图1 庞晓露教授在某核电站考察汽轮机叶片

图2 庞晓露教授与学生毕业合影

学以致用，为中华民族的伟大复兴添砖加瓦，贡献自己的一份力量是庞晓露从事科研的信念。他的研究选题都是瞄准国家重大需求和国防安全，问题从实践中来，成果应用到实践中去。从工程实践中凝练关键问题，大量现象表明硬质涂层的存在会显著降低金属基体的疲劳寿命，这将严重威胁带有涂层构件的安全服役，比如带有热障涂层的发动机叶片。可是内在机制至今仍没有统一的定论，针对此难题，庞晓露及其课题组成员迎难而上，坚信“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”，经过近10年的探索，最终通过在韧性金属上沉积硬质涂层，发现低应变下涂层的开裂会导致金属开裂现象(简称“膜致韧性基体开裂”)，并建立了膜致基体损伤机制并提出了防护措施，研究成果发表在Acta Mater期刊，审稿人认为这一发现改变了硬质涂层保护韧性基体这一传统认知。该研究成果不仅解释了硬质涂层为何降低基体疲劳寿命这一悬而未解的难题，同时还为超低应力下 的应力腐蚀开裂现象提供理论解释，验证了应力腐蚀开裂中的膜致开裂模型，丰富了应力腐蚀机理，更为我国自主研发的核电用汽轮机叶片安全服役提供定量的判据，节约巨额运行成本。该研究获得企业的高度认可，并一起申请中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖。

图3 不同涂层对TC4钛合金疲劳寿命的影响

目前我国高功率器件散热陶瓷基板几乎全部依赖从德国和日本进口：归因于陶瓷/金属高温界面结合不牢靠。针对此问题，庞晓露及其课题组成员首先发展了一种在高温下膜-基界面结合能的表征方法，弄清了膜-基界面结合力在高温下的演变规律。基于此基础研究并借助于第一原理计算及等离子可控制备，研制出高结合强度陶瓷金属化层，打破国外对高功率芯片散热基板的垄断。并顺利实现技术成果转化，进行工业化生产，产品结合强度是行业标准的8倍。该成果鉴定为“填补国内空白，国际先进”。在该部分基础研究的理论指导下，庞晓露及其课题组成员制备了高结合强度激光陀螺仪高反膜的表面保护层，使其抗激光损伤能力显著提升；制备了高结合强度的化铬涂层，成功应用于国防重大装备中，保障了战略武器的安全发射。

图4 膜-基界面高温结合能表征方法

迄今为止，庞 晓露已经在Acta Mater，Corros Sci等多个国际材料领域的知名 刊物上发表SCI 论文近90余篇，他引1800多余次。凭借扎实的理论基础以及在服务国家战略上的贡献，庞晓露获得了中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖、中国机械工业科学技术一等奖等多项奖励，以及国家优秀青年基金、霍英东基金、北京市科技新星、香江学者等多项人才项目。

面对已取得的累累硕果，庞晓露总保持着谦虚的态度。他总和研究团队成员说：“不忘初心，砥砺前行，希望能实实在在地推动基础科研的发展并解决一些实际问题。”这就是庞晓露，你能感受到他那份对基础科研和工程应用的执著。正是如此，他一步一个脚印，用辛勤的汗水为我国基础科研以及国家战略贡献着自己的绵薄之力。

摄影 刘继鸣