賈海琴

2016年8月以來(lái)，我國(guó)國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)“三劍客”（分別是用來(lái)做軍用運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)-20、用來(lái)載客的C919和水陸兩棲飛機(jī)AG600，因用途和功能不同被稱為三劍客。）全面亮相，進(jìn)入收獲期，不僅表明我國(guó)大型航空裝備產(chǎn)業(yè)邁入系列化、專業(yè)化發(fā)展階段，也標(biāo)志著中國(guó)自主創(chuàng)新正朝著更高、更強(qiáng)、更遠(yuǎn)的方向“上天入?！?。大飛機(jī)項(xiàng)目作為我國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)實(shí)力發(fā)展到一定階段后的強(qiáng)國(guó)之路，是中國(guó)將以國(guó)家意志來(lái)發(fā)展航空事業(yè)的體現(xiàn)。但是與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在大飛機(jī)與先進(jìn)作戰(zhàn)飛機(jī)的制造技術(shù)上仍存在較大差距，一個(gè)重大的瓶頸問(wèn)題就是我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推力嚴(yán)重不足。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，需要增大發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前進(jìn)口溫度，這就需要發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片具有更高的承溫能力，因此國(guó)外大推力的航空發(fā)動(dòng)機(jī)全都采用了單晶高溫合金葉片。而在我國(guó)由于單晶高溫合金葉片制備技術(shù)的相對(duì)落后，大推力航空發(fā)動(dòng)機(jī)仍然只能采用定向柱晶葉片，這導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、壽命與可靠性嚴(yán)重不足。顯然，如果不能實(shí)現(xiàn)單晶高溫合金葉片制備技術(shù)的突破，我國(guó)將難以發(fā)展推力更高的下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員周亦胄博士，在此緊要關(guān)頭，主動(dòng)請(qǐng)纓，承擔(dān)起了單晶高溫合金葉片的研究和制備重?fù)?dān)，希望能夠讓擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大飛機(jī)飛得更高更遠(yuǎn)。

追根溯源，打破技術(shù)瓶頸

周亦胄博士總結(jié)發(fā)現(xiàn)，單晶葉片的制造難度來(lái)源于兩方面，一是因?yàn)閱尉~片的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，內(nèi)部有精細(xì)的風(fēng)冷通道需要鑄造成形，這導(dǎo)致葉片鑄造時(shí)會(huì)出現(xiàn)很多結(jié)構(gòu)性缺陷；第二個(gè)原因是單晶葉片制造過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)雜晶、小角晶界、取向偏離、再結(jié)晶、型殼反應(yīng)、表面疏松、熱裂紋等多種不同類型的冶金缺陷，每一種缺陷的產(chǎn)生都可以造成葉片鑄件的報(bào)廢，因此需要嚴(yán)格控制這些缺陷的形成。對(duì)于冶金缺陷，他認(rèn)為首先需要知道其形成機(jī)制，然后才能明確解決問(wèn)題的方向。

于是，他帶領(lǐng)課題組系統(tǒng)開(kāi)展了雜晶、小角晶界、取向偏離、再結(jié)晶、型殼反應(yīng)、表面疏松、熱裂紋等冶金缺陷形成機(jī)制的基礎(chǔ)研究，然后根據(jù)這些缺陷的形成機(jī)制提出了工程上行之有效的控制措施。其中一個(gè)例子是小角晶界這種缺陷嚴(yán)重地影響著單晶葉片的合格率與使用性能，在其形成機(jī)制不明確時(shí)，通常認(rèn)為只有購(gòu)買國(guó)外價(jià)格昂貴的先進(jìn)定向凝固設(shè)備，提高定向凝固過(guò)程中的溫度梯度才能夠解決這一問(wèn)題。但是在他們通過(guò)基礎(chǔ)研究探明了小角晶界的形成機(jī)制后，發(fā)現(xiàn)溫度梯度只是整個(gè)問(wèn)題中的一個(gè)因素，其作用是通過(guò)影響另一個(gè)因素（即晶體的取向偏離度）而體現(xiàn)出來(lái)。在采用其它技術(shù)手段對(duì)晶體的取向偏離度實(shí)施控制后，他們?cè)跊](méi)有國(guó)外先進(jìn)定向凝固爐設(shè)備的條件下也有效降低了小角晶界的形成頻率，提高了單晶葉片的合格率。

多年來(lái)，周亦胄的研究團(tuán)隊(duì)正是通過(guò)這種基礎(chǔ)研究與工程化應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，在我國(guó)現(xiàn)有的工業(yè)基礎(chǔ)條件下實(shí)現(xiàn)了單晶葉片制備技術(shù)的重大突破，成功研制出多種不同類型的單晶葉片，為中航工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)公司以及航天科工集團(tuán)多個(gè)新型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制提供了葉片保障。其中標(biāo)志性的一項(xiàng)成果就是首次采用我國(guó)最新型的第二代單晶高溫合金成功制備出了中航工業(yè)某新型發(fā)動(dòng)機(jī)中的單晶高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片。該葉片在試車考核中表現(xiàn)優(yōu)越，標(biāo)志著我國(guó)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)單晶葉片的制造技術(shù)上取得了突破性進(jìn)展。此外，他們研發(fā)出的多項(xiàng)單晶葉片鑄造技術(shù)還以技術(shù)轉(zhuǎn)移的方式推廣到了中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司，顯著地促進(jìn)了我國(guó)單晶高溫合金葉片鑄造技術(shù)的進(jìn)步。

鑒于周亦胄博士在單晶高溫合金制備與缺陷控制方面取得的技術(shù)突破，中航工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)公司、航天科工集團(tuán)和航天科技集團(tuán)把很多新型的單晶高溫合金部件研制任務(wù)交給了他們實(shí)驗(yàn)室，多個(gè)國(guó)家部委也給予了多個(gè)項(xiàng)目支持。他個(gè)人在2014年中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”終期評(píng)估中獲得優(yōu)秀，在2016年入選“國(guó)家中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”，同時(shí)還獲得遼寧省“百千萬(wàn)人才工程”百人層次人才以及遼寧省直屬機(jī)關(guān)“五一獎(jiǎng)?wù)隆钡葮s譽(yù)。

矢志創(chuàng)新，助力創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)之夢(mèng)

周亦胄博士介紹說(shuō)，單晶高溫合金材料的基體為鎳元素，其中含有錸、鉭、鎢、鉬、鈷等稀有貴重金屬。錸作為一種重要的戰(zhàn)略稀缺金屬，在世界范圍內(nèi)儲(chǔ)量不足1萬(wàn)噸，而我國(guó)的保有儲(chǔ)量?jī)H為300噸，價(jià)格約為5萬(wàn)元/千克。這使含錸單晶高溫合金材料的價(jià)格非常昂貴，例如含3 wt.%錸的第二代單晶高溫合金價(jià)格約300萬(wàn)元/噸，含6 wt.%錸的第三代單晶高溫合金價(jià)格約500萬(wàn)元/噸。如此高昂的材料價(jià)格對(duì)我國(guó)以及美歐俄等國(guó)來(lái)說(shuō)都是巨大的經(jīng)濟(jì)壓力。同時(shí)，在單晶葉片鑄造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生出大量高溫合金廢料。由于缺少相關(guān)分離提取技術(shù)，使得含錸高溫合金廢料中錸、鉭、鎢、鉬、鈷等高價(jià)值元素只能被當(dāng)作鎳對(duì)待，造成了極大的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。

為了緩解這種高昂的材料價(jià)格給我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)單晶葉片制造帶來(lái)的巨大壓力，周亦胄博士提出了從高溫合金廢料中回收再利用稀貴金屬的思路。但由于國(guó)外的技術(shù)封鎖和經(jīng)驗(yàn)不足，他只能到全國(guó)各地找資源循環(huán)利用專家進(jìn)行討論，并最終確定采用電化學(xué)溶解法多步分離提取高溫合金廢料中稀貴金屬元素的技術(shù)路線。經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)摸索，他與研究團(tuán)隊(duì)建立起了從高溫合金廢料中分離回收稀貴金屬元素的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)了從高溫合金廢料中分離回收錸、鉭、鎢、鉬、鈷等稀貴金屬元素的目標(biāo)，同時(shí)形成了與之配套的高溫合金低成本制造技術(shù)，該技術(shù)可使第二、三代單晶高溫合金的制造成本分別降低20%和30%。

同時(shí)，周亦胄博士還牽頭成立了沈陽(yáng)市稀貴金屬再生循環(huán)利用工程技術(shù)研究中心，為沈陽(yáng)市的汽車、電子、能源等行業(yè)提供從廢棄物中獲取稀貴金屬資源的相關(guān)技術(shù)和服務(wù)，為推動(dòng)遼寧地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

中學(xué)時(shí)代，周亦胄最喜愛(ài)的一部電視劇是《中國(guó)神火》，每次熒屏上出現(xiàn)中國(guó)火箭與導(dǎo)彈升空的畫面，他都心潮澎湃無(wú)比自豪。當(dāng)時(shí)，他最大的夢(mèng)想就是成為一名從事航空航天事業(yè)的科技工作者。今天，他的夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)了，但他將繼續(xù)奮戰(zhàn)在科研第一線，永矢弗諼中國(guó)夢(mèng)。