談起激光，你想到什麽(me) ？

是《星球大戰》裏威力無比、能夠置人於(yu) 死地的光劍，還是《柳葉刀》中刊登能殺癌於(yu) 無形 的激光手術刀？

在激光的應用版圖裏，它幾乎覆蓋了生產(chan) 生活的方方麵麵。激光雷達、激光打印機、光纖激光器等各色激光產(chan) 品，共同刻畫了其“準確”“快速”“能量巨大”三大特征。

激光如此好用，在工業(ye) 領域頗受矚目。今年7月，浙江工業(ye) 大學姚建華教授帶領團隊研究的“高質高效激光表麵改性技術及其工業(ye) 應用”獲得了浙江省技術發明一等獎。

近日，36氪浙江專(zhuan) 訪姚建華教授，帶你一同去探索關(guan) 於(yu) 激光的“奇妙世界”。

一切從新奇開始

和大部分能力出眾(zhong) 的人一樣，安在姚建華身上的頭銜很多：他是浙江工業(ye) 大學激光先進製造研究院與(yu) 機械工程學院雙院院長，也是高端激光製造裝備省部共建協同創新中心主任與(yu) 激光綠色製造技術創新引智基地（111計劃）負責人。

不過刨去這些身份，與(yu) 他緊緊相連的始終是“激光”二字。

“你說我和激光相伴的時間，那少說也有30多年。”

1987年，姚建華即將從(cong) 浙江大學材料科學與(yu) 工程學院畢業(ye) ；千裏之外，一名陝西機械學院（現西安理工大學）導師在業(ye) 界提出，希望將激光技術運用到有色金屬之中，改善其不耐磨的特性。

激光？有色金屬？

在當時背景下，激光與(yu) 傳(chuan) 統材料相互作用的研究才剛在國際上興(xing) 起。初次聽到這個(ge) 想法時，姚建華內(nei) 心的新鮮感與(yu) 勝負欲被徹底點燃了。畢業(ye) 之際，他迅速與(yu) 導師聯係，報考陝西機械學院，並一頭“栽”進了激光世界。

初次試水，姚建華就遇到了研究“難題”，即如何利用激光手段來提高汽車發動機活塞（鋁合金）的表麵耐磨性。汽車發動機活塞與(yu) 氣缸之間長期摩擦運動，活塞一般為(wei) 鋁製，輕軟但容易劃傷(shang) 。

“研究激光與(yu) 材料，別說國內(nei) 前無古人，在國外能參考的範例也幾近於(yu) 無。而且當時我們(men) 又受限於(yu) 激光器水平，國產(chan) 的激光器最大功率隻有1000瓦。這個(ge) 功率的激光器能用於(yu) 鐵等黑色或深色金屬的表麵處理，但麵對鋁這樣的高反光金屬，這功率就遠遠不夠了。”

為(wei) 了能持續研究，姚建華在其導師引薦下，來到中科院上海光機所找到蘇寶蓉教授，並在蘇教授幫助下利用美國進口激光器對汽車發動機活塞及汽缸進行表麵處理。之後，這份碩士畢業(ye) 論文登上了《fun88官网平台》（1992年02期），成為(wei) 國內(nei) 激光表麵處理領域最早的學術論文之一。

2/3的從0到1，與1/3的從1到∞ 

從(cong) 無到有的過程，從(cong) 來都是很難的。

對於(yu) 將激光引進應用到工業(ye) 之上，姚建華付出了20年，這幾乎占了他學術生涯2/3的時間。究其原因，工業(ye) 應用不僅(jin) 要求過硬的技術，對時間成本、經濟成本、效果輸出等都有相應的“指標”。如果其中一項超標了，就難以被大麵積推廣應用。

“我在這20年裏，主要就做了汽輪機葉片激光表麵改性這一件事。汽輪機葉片的工作區為(wei) 濕蒸汽區，含有大量水滴，在高轉速及離心力作用下，葉片容易發生汽蝕失效。單一支葉片失效，就會(hui) 使得整個(ge) 機組停機。假設一台100萬(wan) 千瓦的機組停機1小時，那麽(me) 一小時100萬(wan) 度電就沒了，損失極大。如何提高葉片的抗汽蝕性和縮短葉片的維修時間，成了世界級的難點。”

姚建華告訴36氪浙江，當時提高葉片抗汽蝕能力的主流工藝有火焰淬火強化、高頻感應加熱淬火及電鍍等，環境汙染大且效果並不理想。比如火焰淬火工藝簡單但不易控製，容易出現裂紋、變形等問題；高頻感應效率雖高，但加熱設備複雜，且變形難以控製。

對比之下，擁有加熱速度快、變形小、硬度高、可局部處理、易於(yu) 自動化、節能環保等特點的大功率激光技術，成為(wei) 提升葉片抗汽蝕能力的新可能。

“激光這麽(me) 好，國外當然也很看重。十幾年前，汽輪機葉片的激光表麵改性技術被德國壟斷，對於(yu) 百萬(wan) 千瓦機組末級葉片，單一支葉片就要3萬(wan) 多歐元，一條生產(chan) 線下來需要上千支葉片，成本太高了。”

2012年，對於(yu) 姚建華來說是一個(ge) 關(guan) 鍵節點。這一年，他帶領團隊首次捧回了國家科技進步二等獎，代表著團隊已經掌握了激光加工製造的關(guan) 鍵技術，解決(jue) 了汽輪機表麵強化過程中易變形、報廢率高和汙染大等問題。

有了自有技術加持，安裝一條國產(chan) 汽輪機葉片生產(chan) 線的成本斷崖式下跌，最後隻需從(cong) 德國進口成本的七分之一就能製造出來。

“汽輪機葉片隻是開始，此後我們(men) 又花了近10年時間，將激光表麵改性技術不斷提升並推廣到更廣領域。”姚建華告訴36氪浙江。

85%的市場占有率 源自不斷的嚐試創新

激光表麵改性技術提升需要攻克很多難題，包括使用效率、質量可靠性、收益比等。

在使用效率上，激光是一道一道掃描的，其效率低於(yu) 傳(chuan) 統方式；激光本身能量巨大且集中於(yu) 某個(ge) 點，需要精準的時間把控，稍有不慎金屬表麵就可能被過燒；還有激光雖然可以實現個(ge) 性化處理，但很多時候金屬表麵問題是不相同的，如何批量化處理也是一個(ge) 難題。

“用能場複合技術，把激光表麵改性提升了一個(ge) 檔次，激光表麵改性技術提升的進程可以有計劃、有步驟地實現。”

為(wei) 了能更好地投入研究，姚建華組建了一支由20多位核心專(zhuan) 職研究人員、上百位工程技術人員與(yu) 學生組成的研發團隊，並向外聘請了來自英國、加拿大、美國、烏(wu) 克蘭(lan) 等國的知名專(zhuan) 家以及國內(nei) 學術領軍(jun) 人物為(wei) 團隊作柔性指導。

經過大量的實驗研究與(yu) 現場作業(ye) ，姚建華團隊首次提出將激光技術與(yu) 動能場、電磁場等其它能場相互耦合：與(yu) 動能場結合，送料速度將達到4馬赫的超音速級別，效率提升至普通激光表麵改性的10倍以上；與(yu) 電磁場結合，延緩了激光的作用時間，以達到更好的控製效果。

電磁複合場對激光改性層中顆粒分布的調控

實際應用效果上，今年疫情期間去杭州汽輪機廠搶修就是個(ge) 很好的例子。

當時，杭州汽輪機廠設備由於(yu) 長時間停機，汽輪機核心部件轉子表麵出現了磨損腐蝕。姚建華把搶修設備搬到了生產(chan) 車間，通過高質高效激光現場再製造技術，將維修時間從(cong) 通常的2個(ge) 月時間縮短到兩(liang) 天，並且轉子的使用壽命也比原來提高了一倍多，直接為(wei) 企業(ye) 挽救千萬(wan) 級的損失。

姚建華教授團隊疫情期間在企業(ye) 現場提供技術服務

便宜且好用的技術自然是企業(ye) 的心頭好。截至目前，姚建華團隊開發的係列激光表麵改性與(yu) 再製造技術占領了全國85%以上的工業(ye) 汽輪機葉片市場。

同時，該技術還大量應用於(yu) 能源動力、石油化工、高鐵、船舶等行業(ye) 的核心部件製造中，累計處理零部件55萬(wan) 餘(yu) 件，應用於(yu) 高性能艦船驅動單元、神華寧煤十萬(wan) 空分裝置等百餘(yu) 項重大工程， 2018年也獲得了中國機械工業(ye) 科學技術一等獎，引領了國內(nei) 該領域的技術發展。

“我們(men) 也試著讓技術‘出海’，通過國際合作的形式建立‘一帶一路激光製造國際聯合實驗室’，將技術輸出到烏(wu) 克蘭(lan) 、巴基斯坦、泰國、波蘭(lan) 、加拿大等地。”

行業標準下，讓良幣驅逐劣幣

那現在是屬於(yu) 激光表麵改性技術的高光時刻麽(me) ？

問題拋出時，姚教授的看法充分體(ti) 現了事物兩(liang) 麵性原則。以激光修複為(wei) 例，他認為(wei) 市場剛出現爆發態勢，每年有上百家相關(guan) 企業(ye) 注冊(ce) 冒頭，但真正高質量的、符合生產(chan) 要求的企業(ye) 寥寥無幾。也就是說，市場上的劣幣遠多於(yu) 良幣。

“市場熱起來了，越來越多的人關(guan) 注這一領域，但是由於(yu) 缺乏行業(ye) 標準，無法判斷某企業(ye) 生產(chan) 的設備是否符合要求。激光又是一種能量很高的光，稍有不慎，就可能造成重大安全事故。”為(wei) 了讓市場有序且健康地發展，姚建華作為(wei) 標委會(hui) 主任，正逐步推動大批標準設定。

標準的大批量落地不會(hui) 遙遠，行業(ye) 的鼎盛時期也將在5年內(nei) 出現。屆時，將是一個(ge) 存量競爭(zheng) 的時期，企業(ye) 隻有拿出過硬的技術以及一定的市場占有率，才能在行業(ye) 內(nei) 紮穩腳跟。

至於(yu) 激光表麵改性技術的未來發展，姚建華認為(wei) ，民用生產(chan) 是不可忽視的方向之一。

與(yu) 工業(ye) 生產(chan) 一樣，生活中使用的工具80%的問題源自於(yu) 表麵失效，比如磨損、腐蝕等。激光表麵處理大有用武之地，激光作為(wei) 一種工具技術將普適於(yu) 各行各業(ye) ，能有效延長生活工具的使用壽命，市場前景廣闊。

好消息是，隨著技術發展，激光單位能量成倍增長，造價(jia) 則呈相反趨勢，一路下跌，為(wei) 家用級激光產(chan) 品的出現奠定現實基礎。目前，姚建華及其團隊正著手研究這一方向，並同步開發可攜帶式3D激光製造設備，用於(yu) 日常生活的金屬產(chan) 品打印及各種修理，預計不久的將來很快會(hui) 進入千家萬(wan) 戶。