5月5日，我國長征五號(hào)B運(yùn)載火箭首飛成功，其近地軌道運(yùn)載能力大于22噸，是目前我國近地軌道運(yùn)載能力*大的火箭。在其強(qiáng)大的心臟中有一個(gè)核心部件——?dú)浔脺u輪，就是由中國科學(xué)院金屬研究所攻克了鈦合金粉末近凈成形技術(shù)制造而成。這項(xiàng)成果從2016年開始應(yīng)用于長征五號(hào)*發(fā)射，一直沿用至今。

氫泵渦輪的作用是將箭體內(nèi)的大量液氫燃料高速輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，與液氧混合燃燒產(chǎn)生推力。若氫泵渦輪出現(xiàn)問題，火箭會(huì)瞬時(shí)因失去動(dòng)力墜落。

2000至2005年間，在國家有關(guān)部門支持下，中國科學(xué)院金屬研究所鈦合金研究部從國外引進(jìn)建設(shè)了國內(nèi)*臺(tái)鈦合金潔凈霧化制粉設(shè)備，原計(jì)劃用于研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件，但當(dāng)時(shí)這個(gè)想法太超前，國內(nèi)沒有需求和經(jīng)費(fèi)支持渠道。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、鈦合金研究部主任楊銳不得不尋求國際合作經(jīng)費(fèi)支持，但2006年與歐洲的研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合申請(qǐng)歐盟第六框架計(jì)劃下的中歐航空合作項(xiàng)目“鈦合金粉末近凈成形”沒有成功。盡管合作項(xiàng)目未獲批準(zhǔn)，但學(xué)術(shù)交流持續(xù)開展。2008年5月6-9日，第六屆國際熱等靜壓學(xué)術(shù)會(huì)議在美國加州長灘召開，參與組織這次會(huì)議的歐洲合作者希望楊銳去參加。2008年2月在美國圣地亞哥召開的高溫結(jié)構(gòu)金屬間化合物國際會(huì)議，楊銳是會(huì)議4名主席之一，卻因未及時(shí)拿到簽證無法參加，直到會(huì)議結(jié)束之后3月才拿到，他正好用這個(gè)簽證去參加了5月的會(huì)議。會(huì)上，兩篇關(guān)于鈦合金粉末熱等靜壓研究的報(bào)告引起了楊銳的注意，都是關(guān)于制備火箭氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的氫泵渦輪的：一篇來自俄羅斯莫斯科化學(xué)加工研究所，研究關(guān)于如何提高粉末鈦合金性能；另一篇來自日本金屬技術(shù)公司，是模擬粉末的熱等靜壓成形過程的。聽到這兩篇報(bào)告，楊銳眼睛一亮，這不正是他兩年來一直苦苦尋找的鈦合金粉末的應(yīng)用出囗嗎？

巧合的是，三個(gè)月后，長征五號(hào)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的氫泵渦輪作為配套項(xiàng)目正式發(fā)布，大概己有兩家單位研究了一段時(shí)間了，但進(jìn)展不理想，總體單位為確保氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)研制進(jìn)度將這個(gè)攻關(guān)任務(wù)提出來公開招標(biāo)。楊銳清楚記得他們上報(bào)項(xiàng)目申請(qǐng)書的時(shí)間點(diǎn)是2008年10月31日。

準(zhǔn)備項(xiàng)目答辯的時(shí)間很緊，只有一個(gè)多月，團(tuán)隊(duì)面臨的短板是沒有任何前期工作基礎(chǔ)�？蒲泄リP(guān)和打仗一樣，沒有準(zhǔn)備、毫無把握地上陣，是兵家大忌。楊銳緊急召集團(tuán)隊(duì)成員制定對(duì)策，立即啟動(dòng)研究，希望在項(xiàng)目答辯前掌握關(guān)鍵數(shù)據(jù)，支撐研究方案，并指定剛獲得博士學(xué)位兩年的徐磊作為研究骨干。

在科研條件具備之后，人是*關(guān)鍵的因素。在粉末設(shè)備建設(shè)期間，楊銳2002年招收了徐磊作為博士研究生開展鈦合金潔凈粉末冶金研究，儲(chǔ)備人才。但因設(shè)備缺乏合乎要求的安裝場(chǎng)地，重新建房花了3年多時(shí)間，致使徐磊博士研究期間一直沒有獲得質(zhì)量合格的粉末，整個(gè)研究磕磕碰碰，不盡理想，一直到他畢業(yè)答辯，設(shè)備也沒安裝好，他畢業(yè)后不得不到南京福特汽車公司找了一份工作。但他初心不改，一年后他聽說設(shè)備終于安裝好了，立即辭職回到金屬所繼續(xù)該方向研究工作。

氫泵渦輪在零下253度高速旋轉(zhuǎn)工作，承受巨大載荷，粉末冶金制備的鈦合金材料性能能否滿足應(yīng)用要求是項(xiàng)目面臨的*個(gè)挑戰(zhàn)。團(tuán)隊(duì)加班加點(diǎn)地工作，在很短時(shí)間內(nèi)走完了母合金、電極、制粉、包套、熱等靜壓、樣品加工、性能測(cè)試全過程，并通過反復(fù)試驗(yàn)優(yōu)化參數(shù)，研究部劉羽寅副主任、雷家峰研究員等緊急分頭安排落實(shí)，對(duì)工作按計(jì)劃進(jìn)度完成起到了重要保障作用。

低溫力學(xué)性能測(cè)試環(huán)境苛刻，要求很高，當(dāng)時(shí)全國只有中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所低溫中心具有相關(guān)條件和資質(zhì)，該中心負(fù)責(zé)人李來鳳在金屬所讀過研究生，他一接到請(qǐng)求即全力協(xié)調(diào)加班測(cè)試，對(duì)團(tuán)隊(duì)及時(shí)獲得性能數(shù)據(jù)提供了極大的幫助。

測(cè)試結(jié)果表明，制備的粉末合金的性能穩(wěn)定地高于技術(shù)指標(biāo)要求，良好的開局給予團(tuán)隊(duì)極大鼓舞。當(dāng)時(shí)有4個(gè)團(tuán)隊(duì)參加項(xiàng)目競爭，但答辯的時(shí)候兩個(gè)團(tuán)隊(duì)臨時(shí)撤出，*終金屬所團(tuán)隊(duì)以較扎實(shí)的工作基礎(chǔ)和詳盡具體的研究方案勝出。

雖然拿到了項(xiàng)目，但團(tuán)隊(duì)*次開展粉末冶金部件研究，文獻(xiàn)上只見大致輪廓和*終結(jié)果，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)和工藝過程只字不提，研制難度可想而知。該項(xiàng)目名義上研究周期是五年，但因用戶需要盡快開展一系列試驗(yàn)，而手上無試驗(yàn)件可用，正“等米下鍋”，因此溝通時(shí)對(duì)進(jìn)度要求很緊。氫泵渦輪屬于閉合空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無法進(jìn)行機(jī)加工，對(duì)成形后的尺寸精度要求很高，而粉末致密化時(shí)體積收縮高達(dá)30%，控制復(fù)雜形狀輪廓尺寸的難度極大，這是項(xiàng)目遇到的*大技術(shù)障礙。 如果完全依靠一輪一輪反復(fù)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化尺寸，成本極高，且時(shí)間上不允許。

當(dāng)時(shí)楊銳作為首席科學(xué)家正在承擔(dān)材料計(jì)算設(shè)計(jì)的一個(gè)973項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)在材料計(jì)算模擬方面有較好積累。在著手部件成形試驗(yàn)之前，徐磊開展了大量的模擬計(jì)算，這對(duì)包套優(yōu)化設(shè)計(jì)和快速逼近理論尺寸起到了致關(guān)重要的作用，有效減少了必需的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證輪次，使大幅度壓縮研制周期成為可能。

渦輪的空腔是靠放置內(nèi)部型芯實(shí)現(xiàn)的，若采用硬質(zhì)型芯，雖然有利于高溫成形時(shí)控制尺寸，但冷卻時(shí)易將部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)撐裂。采用軟質(zhì)型芯可避免裂紋，但尺寸控制難上加難。團(tuán)隊(duì)由于掌握了計(jì)算模擬成形過程的關(guān)鍵技術(shù)，他們對(duì)尺寸控制的能力顯著增強(qiáng)，所謂“藝高人膽大”，他們采用了軟質(zhì)型芯方案，成功解決了尺寸精度與成形開裂的矛盾。

渦輪去除型芯需要采用選擇性腐蝕技術(shù)，金屬所腐蝕科學(xué)與技術(shù)實(shí)力享譽(yù)世界，得益于這種多學(xué)科綜合實(shí)力，團(tuán)隊(duì)很快解決了這個(gè)難題，并在董俊華研究員等人的幫助下優(yōu)化了方案，縮短了部件制造周期。

在攻克上述多項(xiàng)技術(shù)難題基礎(chǔ)上，金屬所團(tuán)隊(duì)在一年半時(shí)間內(nèi)制造出了合格的氫泵渦輪樣件，為氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)研制提供了有力支撐。

時(shí)任國家973計(jì)劃顧問專家組組長周光召同志在聽取了項(xiàng)目進(jìn)展與成果匯報(bào)后，認(rèn)為該項(xiàng)目在強(qiáng)化原理性研究基礎(chǔ)上，發(fā)揮計(jì)算模擬指導(dǎo)作用，攻克了重大技術(shù)難關(guān)，具有示范意義。經(jīng)周光召同志親自推薦，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人楊銳獲2010年度周光召基金會(huì)應(yīng)用科學(xué)獎(jiǎng)。

長征五號(hào)火箭首飛后，2017年4月攻關(guān)團(tuán)隊(duì)獲五部委“長征五號(hào)運(yùn)載火箭*飛行任務(wù)突出貢獻(xiàn)”團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)（中科院*），徐磊獲“長征五號(hào)運(yùn)載火箭*飛行任務(wù)突出貢獻(xiàn)”個(gè)人獎(jiǎng)。

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