◇中科院金屬所有一群航空航天事業中的“心臟科醫生”。他們在研制應用新材料的科研一線奮斗的目標，就是讓航空發動機更長壽

◇在金屬所鈦合金研究團隊看來，擁有一支年輕隊伍、一批優秀人才，是他們最大的戰略資源，也是事業發展最堅實的基礎

文 |《瞭望》新聞周刊記者 王瑩 武江民

頻頻完成高難度運載任務的長征五號B運載火箭（下稱長五B），是知名的“航天勞模”。

長五B背后，有一支來自中國科學院金屬研究所（下稱金屬所）的鈦合金研究團隊。他們攻克了鈦合金粉末近凈成形等關鍵技術難題，研制出的氫泵葉輪，支撐了長五B的強大“心臟”。

鈦合金是一種高端金屬結構材料，被應用于航空航天等尖端領域，主要應用于飛機結構件、航天發動機結構件以及航空緊固件等。鈦合金氫泵葉輪的研制成功，突破了潔凈粉末制備、粉末合金致密化成形等一系列基礎研究難題。

這支以“80后”“90后”為主體的青年團隊，平均年齡38歲。十余年來，他們深耕航空航天事業，突破多種關鍵材料和工藝技術，在破解大火箭“心臟”難題后，又不斷將航空發動機的壽命推向新的極限。

破解大火箭“心臟”難題

作為中國空間站艙段“運輸專列”，長五B運載能力大于22噸，是我國目前近地軌道運載能力最大的運載火箭。其強大的運載能力，離不開火箭發動機內的核心部件——氫泵葉輪。

零下253攝氏度的液氫環境內，氫泵葉輪需在短時間內將液氫高速輸送到發動機燃燒室，與液氧混合燃燒產生推力，將火箭送上2萬米高空，實現“供血”通暢。

要實現這一目標，增強氫泵葉輪材料性能至關重要。

2008年，針對長征五號氫氧發動機設計單位提出的緊急需求，金屬所項目負責人楊銳選用徐磊等研究骨干，組建攻關團隊承接項目，啟動相關研究。

國際常采用粉末冶金成形新技術制造氫泵葉輪。可團隊第一次開展粉末冶金部件研究，就遇到難題——文獻上只有大致輪廓和最終結果，關鍵技術和工藝過程只字不提。

技術突破的壁壘森嚴，特別是五年內要有成果的時間要求，更放大了研制難度。

徐磊介紹說，粉末冶金技術可以突破氫泵葉輪應用中高速、低溫、強壓、穩定等多個難點，但在2008年前，我國相關研究幾乎為零。“就拿氫泵葉輪為例，想在短時間內將液態氫氣輸送到燃燒室，葉輪邊緣速度將達到每秒430米，而聲音的速度是每秒340米，它比聲音的速度還快。”

楊銳當時領導的鈦合金研究部正承擔的某材料計算設計重點項目，該項目在材料計算模擬方面有較好積累。

基于這些數據，鈦合金研發團隊開展大量模擬計算，反復試驗優化參數，又憑借金屬所多學科助力充實團隊力量，最終攻克了材料制備、葉輪構造等難題。

八年磨一劍。鈦合金研究團隊攻克多項技術難題，終于研制出合格的氫泵葉輪部件，為氫氧發動機的研制提供了有力支撐，奠定了長征五號2016年成功發射的基礎。

此后，“天和”“問天”“夢天”三個空間站艙段也由長五B成功送往“天宮”。氫泵葉輪經受住了一次又一次高難度挑戰。

據了解，鈦合金研究團隊已牽頭承擔100余項國家級鈦合金研制任務。其中，團隊研制的鈦鋁低壓渦輪葉片，可使重達3000公斤左右的飛機發動機，在原本減重1克都要絞盡腦汁的情況下，實現減重30到50公斤，大幅減少油耗。

2021年，徐磊與9名鈦合金研究團隊骨干成員入選“中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃”，并組建“航空發動機長壽命關鍵材料及制造”青年團隊，繼續突破航空發動機長壽命材料及制造“卡脖子”關鍵技術問題。

徐磊透露，2023年鈦合金研發團隊將針對“鈦鋁低壓渦輪葉片”繼續開展耐疲勞性能等相關實驗，這也將為新型號大飛機的可靠飛行提供強有力保障。

讓航空發動機更長壽

在某種意義上，鈦合金研究團隊如同航空事業中的“心臟科醫生”。他們在研制應用新材料、對抗金屬疲勞的科研一線奮斗的目標，就是讓航空發動機更“長壽”。

他們的武器之一，是跟關鍵技術死磕的心氣。

徐磊記得，在鈦合金氫泵葉輪研制初期，由于時間緊、任務重，許多工作需要齊頭并進。比如粉末填充后需要馬上進行超聲處理和后續真空脫氣，往往需要一天時間，團隊常常輪流實時記錄參數，工作到凌晨是常事。與時間賽跑，團隊僅用14個月，就自主自立完成鈦合金氫泵葉輪樣件研制。

讓徐磊記憶最深的是包套技術。這種將金屬顆粒填充到模具中，封裝除氣后進行熱等靜壓成形，并做成膠囊形狀的技術看似簡單，成功率卻始終提不上去。“包套在熱等靜壓過程中應該收縮，但沒想到好幾次實驗包套反而膨脹。有時都進行到最后一步了還是失敗。有一段時間，夢里都是包套因為沒壓成功爆掉。”徐磊說。

為徹底掌握包套技術，徐磊干脆住進實驗室，跟工人師傅在一起設計焊縫，選擇焊縫材料，對焊縫進行檢漏，盡量多地采取機器人自動焊接。

跟關鍵技術死磕，讓鈦合金團隊目前的大型包套的熱壓成功率達到百分之百，該技術已用到航空發動機復雜部件成形。

鈦合金團隊在對抗金屬疲勞方面的心得，則是膽大心細。

一次，研發團隊成員劉仁慈在航空發動機葉片研制實驗中，偶然發現“硼”元素在增加。劉仁慈沒有輕易放過這個現象，他先帶領大伙檢測性能，然后分析在不同強度下“硼”元素存在的各種形態，為葉片研制提供了更全面的基礎材料。

在劉仁慈柜子里的一本本筆記本上，記錄著航空發動機葉片的每一次測試、每一次考核、每一次故障。對于發動機葉片所有性能指標、變化軌跡，劉仁慈如數家珍。

劉仁慈說，每當看到多年的研究成果變成一個葉輪、一個零部件，或是材料從實驗室到中試廠房，再到大規模應用，自己內心都無比激動。“只要祖國需要我們，我們就會努力讓這顆跳動在航空事業的‘中國心’，更健康、更強勁。”

“把冷板凳坐熱”

在金屬所鈦合金研究團隊看來，擁有一支年輕隊伍、一批優秀人才，是他們最大的戰略資源，也是事業發展最堅實的基礎。

“培養年輕人的關鍵，是放手讓他們去干。”徐磊說。

據徐磊介紹，他在金屬所讀博期間，楊銳就常把他放在工作一線，作為鈦合金潔凈粉末冶金研究的儲備人才培養。“與大量項目、實驗的親密接觸，讓我實現了跨越式成長。”

良好的科研氛圍形成了傳幫帶作用。1990年出生的盧正冠是徐磊的博士，畢業后選擇留在金屬所，成為鈦合金研究團隊的一員。另據了解，2008年，鈦合金粉末近凈成形團隊建立初期只有幾個人，如今這幾個人的學生都加入團隊，并逐漸變成課題骨干和核心。

針對人才培育和引進，金屬所初步構建全鏈條人才計劃體系，連續出臺多項政策，吸引穩定人才，包括高層次人才協議薪酬管理辦法、所引進優秀學者計劃實施辦法等。

針對人才需求，金屬所形成長期關注聯系的“長名單”和近期重點聯系對接的“短名單”，著重引進支撐國家重大戰略需求和科學前沿探索的關鍵人才，充分調動各方力量積極參與人才引進，充分發揮直接、關鍵作用人員的作用。

引進來，更要留下來。劉仁慈說，入所近10年，他發表論文和專利并不多，但項目成果不少。“金屬所一直在科研上給予很大包容度，甚至有的項目不一定必須要求產出具有明確指標的成果，營造了特別積極的研究氛圍。大家都有‘把冷板凳坐熱’的決心，都想著拿出更好的研究成果。”

在科研資金支持上，鈦合金研究團隊獲得中國科學院“穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃”支持，解決青年科研人員經費不足問題。同時，金屬所設立研究所創新基金，修訂師昌緒青年科技人才基金，大幅提升優秀青年科技人才獎勵待遇。