吴自良

        吴自良,冶金学家。1917年12月生于浙江省浦江县。1939年毕业于北洋工学院航空系,获工学学士学位。1939~1942年在云南垒允中美飞机厂设计科任设计员。1942~1943年在昆明机床厂任副工程师。1944年入美国卡内基理工大学冶金系,改学物理冶金专业,1948年毕业,获理学博士学位。毕业后留校作博士后。1949~1950年在纽约州锡里丘斯大学材料系任副研究员。主持软钢的阻尼和疲劳研究。1951年初回国,任唐山北方交通大学冶金系教授,下半年应中科院冶金所之聘任该所研究员,历任室主任、副所长等职,现任冶金所学术委员会主任。吴自良于1950年被选为美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science)会员,1980年被选为中科院技术科学部学部委员(院士)。
        1952年,机械工业部向冶金所提出苏联汽车钢40X代用品的研究项目。40X是含铬~1%的中碳调质铬钢,是苏联最广泛应用的调质低合金钢,载重汽车的后轴及其传动齿轮就用此钢制造。调质低合金钢是机械制造工业的支柱材料,需用量约占钢产量的10%。世界各国都采用铬镍合金钢系统。中国少铬矿,当时尚无镍矿发现,因此寻求无铬(或少铬)无镍的低合金钢作为代用钢种是当务之急。吴自良当时就以载重汽车后轴及其传动齿轮作为应用的首选目标。经过热处理对强度性能的影响和化学热处理性能等系统的研究,优选出含锰1.10%~1.50%、钼0.12%~0.18%的中碳锰钼钢,不但生产成本低,低温冲击韧性、回火脆敏感性、疲劳强度、氰化性能等都不亚于40X钢。这项成果,在抚顺钢厂、长春第一汽厂和上海柴油机厂通力合作下进行推广和应用,在载重汽车上经受了一年多的公路行车考验,证明是合格的钢种。此项工作对日后建立我国自己的低合金钢系统起了开创和示范作用,1956年获国家首次颁发的自然科学三等奖。
        50年代,深冲级低碳钢薄板的时效脆化是当时国际上的一个热门课题。这类薄板是用于轿车外壳、家电外壳、厨房器皿的主要钢材,用量很大。在纯氧顶吹炼钢工艺尚未问世之前,钢中含固熔氮普遍较高,引起薄板深冲时的时效脆化,导致各种疵病,此问题长期以来受到冶金界的关注。冶金所对此问题做了十多年的系统研究,结果表现,只有钛原子在钢中有固定氮原子的能力,方能消除氮引起的应变时效。
        60年代初,中科院和高校及有关生产部门联合攻关,进行了真空阀门任务中甲种分离膜的试制工作,在冶金所组成联合研究室。该室如期完成试制和推广工作,受到上级的表彰。1984年获国家科委颁发的创造发明一等奖。
        1987年YBCO被发现后将超导体的临界温度Tc提高到液氮温度(77K)之上,立刻受到全世界的注目,在其后的二年中,在各刊物上发表了上千篇论文,引起了新的研究高潮。1988年吴自良参加了高温超导的研究工作。他的课题小组主要为培养研究生。在YBCO块体方面,认为氧只能在晶胞的底平面(ab平面)作二维扩散,扩散以空位机制进行,但因空位浓度高,关联因子近1的量级,使空位机制和间隙机制无从区别。扩散时原子的跳跃过程,完全可用内耗测出,并求出氧的点阵扩散系数。这些数据,至今仍被认为是氧扩散系数中的最精确数据。
        在YBCO外延膜方面,1992年国外文献已基本澄清这种外延膜是c—取向完整的细晶粒织构,测得晶料间的交角为~0.5°因此这种膜可视为单晶,晶粒雷同于单晶的镶嵌块。晶粒间界的刃位错密度可高达1010/cm2上标,足够钉扎磁通线的运动使这种Ⅱ类超导体的临界电流密度高达>106/cm2(77K)。研究小组用冶金所自制的溅射外延膜,用原子力显微镜测出晶粒密度为2×108上标/cm2。摇摆曲线测出晶粒夹角~0.4°,求出的位错总密度达l010/cm2,得出和国外各家相同的结论。但鉴于这种c—取向织构膜的ab平面都平行于衬底平面,晶界刃位错都在ab面上,则刃位错的快速扩散管道必须在外延膜四周边面露头,若增氧处理前四周边面用铟封住,在400°C氮中加热1分钟,使其在YBCO膜和铟熔池(铟熔点163°C)界面生成一层氮化铟固态膜,此膜隔断了氧进入膜内的管道,快速扩散不再起作用。以封铟试样和不封铟试样作对比,进行450°C20分钟的加氧试验,不封铟试样的氧含量自6.00增至6.70,封铟样品自6.00。仅增至6.03,不到未封铟试样的5%。膜的尺寸为5mm×3mm×300nm,已知450°C氧的点阵扩散系数为6.67×10-13cm2/sec(用内耗求得),可以算出一个氧原子自膜边缘以点阵扩散的形式到达试样中线(距离1.5mm)所需的时间约须26年,而在加氧试验时只需20分钟就能使整块试样中的氧浓度达到6.70,说明加氧过程中氧的输入主要依靠刃位错的管道。因为氧的管道扩散系数Dp点阵扩散系数DL,在加氧过程中,氧可藉管道扩散在瞬间内将氧输运到织构中的任一颗晶粒的晶界(如此大大缩短了点阵扩散所需经历的距离),再以点阵扩散的模式输入每颗晶粒的内部,这部分氧可用X光衍射法测得。封铟后位错管道被堵塞,氧只能藉晶粒表面生长阶的级,自顶部沿螺旋形ab底平面往底部以点阵扩散模式输运。点阵扩散是很慢的输氧过程,所以封铟试样经450°C加氧处理后,进氧量不到未封铟试样的5%。
        在几十年的科研生涯中,吴自良为我国的冶金事业做出了杰出的贡献。

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