創(chuàng)新科技保駕航空安全

李明輝

近年來(lái)，世界材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以每年約30%的速度增長(zhǎng)，化工新材料、微電子、光電子、新能源成了研究最活躍、發(fā)展最快的新材料領(lǐng)域，材料創(chuàng)新已成為推動(dòng)人類文明進(jìn)步的重要?jiǎng)恿χ唬泊龠M(jìn)了技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。在中國(guó)新材料研究領(lǐng)域，有一個(gè)人因一部電視劇《中國(guó)神火》而夢(mèng)想成為一名從事航空航天事業(yè)的科技工作者；因一位老師說(shuō)到“材料是未來(lái)航空與航天技術(shù)發(fā)展中的重大瓶頸問(wèn)題”而在大學(xué)時(shí)期選擇了材料系；因在世界上航空發(fā)動(dòng)機(jī)與單晶葉片制造技術(shù)水平最高的英國(guó)Rolls-Royce公司（羅羅公司）的見(jiàn)聞與學(xué)習(xí)而選擇了單晶高溫合金制造技術(shù)的研究方向；因一腔愛(ài)國(guó)情懷而決定在掌握先進(jìn)技術(shù)后回國(guó)，實(shí)現(xiàn)自己的科研報(bào)國(guó)夢(mèng)—他就是中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的單晶高溫合金葉片制造技術(shù)專家周亦胄，他用開(kāi)拓創(chuàng)新的精神為我國(guó)高溫結(jié)構(gòu)材料技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，也為我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步提供了先進(jìn)材料與葉片制造技術(shù)保障。

命運(yùn)的車輪似乎懂得一顆不斷進(jìn)取的心

周亦胄大學(xué)畢業(yè)于清華大學(xué)材料系，先后獲得中國(guó)科學(xué)院金屬研究所碩士和博士學(xué)位，并師從為兩彈一星作出重要貢獻(xiàn)的周本濂院士。雖然博士入學(xué)的第一年，導(dǎo)師周本濂因突發(fā)心臟病離世，使得他們研究組的生存與發(fā)展受到了很大影響，但對(duì)他的科研生涯也產(chǎn)生了重要影響。

博士畢業(yè)后，周亦胄開(kāi)始在德國(guó)愛(ài)爾蘭根大學(xué)從事高溫合金定向凝固研究工作。其間，他對(duì)高溫合金定向凝固理論及技術(shù)有了系統(tǒng)的理解和認(rèn)識(shí)，知道了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造技術(shù)代表著當(dāng)前人類制造技術(shù)的最高水平。先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)中的單晶渦輪葉片是通過(guò)定向凝固技術(shù)制造的，其內(nèi)部需要開(kāi)辟風(fēng)冷通道，制造工藝極其復(fù)雜，因此被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠。因此，周亦胄一直期望能到世界上航空發(fā)動(dòng)機(jī)與單晶葉片制造技術(shù)水平最高的美國(guó)GE公司和英國(guó)羅羅公司學(xué)習(xí)和工作。

終于有一天，周亦胄看到了羅羅公司在全球公開(kāi)招聘一名研究人員的信息，并在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。在領(lǐng)略羅羅公司先進(jìn)的單晶高溫合金制造技術(shù)與規(guī)模化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的同時(shí)，他把自己當(dāng)作一名學(xué)生，從型殼制造、定向凝固鑄造到鑄件組織結(jié)構(gòu)分析，積極參與單晶高溫合金制造的各個(gè)工序與環(huán)節(jié)，并不停地與高溫合金材料及精密鑄造技術(shù)專家們交流討論單晶鑄造缺陷的形成機(jī)制與控制措施。在勤奮學(xué)習(xí)及實(shí)踐中，他不僅對(duì)定向凝固理論有了更深入的理解，而且對(duì)定向凝固技術(shù)在單晶高溫合金制造上的應(yīng)用有了深刻的體會(huì)，這為他后來(lái)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2009年6月，周亦胄作為“百人計(jì)劃”研究員學(xué)成歸國(guó)。首先，他在中國(guó)科學(xué)院金屬研究所組建了單晶高溫合金制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，將目標(biāo)瞄準(zhǔn)我國(guó)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展對(duì)單晶高溫合金制造技術(shù)的重大需求，開(kāi)展單晶高溫合金制造技術(shù)及缺陷控制的研究工作。同時(shí)，他將實(shí)驗(yàn)室的研究模式定位為通過(guò)基礎(chǔ)研究來(lái)提高單晶高溫合金的工程化制造與應(yīng)用技術(shù)水平，為有效開(kāi)展單晶高溫合金基礎(chǔ)與工程化研究提供了良好條件。

創(chuàng)新總能帶來(lái)意想不到的驚喜

大飛機(jī)項(xiàng)目是我國(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)。但由于作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)“心臟”的單晶高溫合金葉片制造技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在差距，我國(guó)的大推力航空發(fā)動(dòng)機(jī)仍然只能采用定向柱晶葉片，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、壽命與可靠性亟待提高，也嚴(yán)重阻礙我國(guó)發(fā)展推力更高的下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的步伐。

為了解決這一問(wèn)題，周亦胄帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)開(kāi)展了雜晶、小角晶界晶粒、取向偏離、再結(jié)晶、型殼反應(yīng)、表面疏松、熱裂紋等單晶葉片典型冶金缺陷形成機(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。在查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，分析完海量的信息后，他設(shè)計(jì)出了科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)方案，并一步步實(shí)現(xiàn)了單晶葉片制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，成功研制出多種不同類型的單晶葉片，解決了多種單晶葉片從無(wú)到有的問(wèn)題，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)新型發(fā)動(dòng)機(jī)中的單晶高壓渦輪工作葉片。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)上取得了重要進(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，推動(dòng)了我國(guó)單晶高溫合金葉片鑄造技術(shù)的進(jìn)步。

鑒于周亦胄在單晶高溫合金及葉片方面卓有成效的研究工作，他在2014年獲得中國(guó)科學(xué)院“優(yōu)秀百人計(jì)劃”，在2016年入選了“國(guó)家中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”、遼寧省“百千萬(wàn)人才工程”百人層次人才，并獲得遼寧省直機(jī)關(guān)“五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆钡葮s譽(yù)。

高溫合金葉片制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多廢料，為了緩解因高昂的材料價(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，周亦胄還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)積極尋找降低成本的技術(shù)路徑，并提出了從高溫合金廢料中回收再利用高價(jià)值金屬元素的思路。通過(guò)不辭辛苦地到全國(guó)各地找資源循環(huán)利用專家進(jìn)行討論與反復(fù)論證，他最終確定了采用電化學(xué)溶解法多步分離提取高溫合金廢料中高價(jià)值金屬元素的技術(shù)路線。隨后，他在金屬研究所組織起一支具有電化學(xué)腐蝕與化學(xué)分離提取研究背景的科研隊(duì)伍，探索了高溫合金廢料電化學(xué)溶解、沉淀分離、萃取分離、離子交換分離、金屬化合物重結(jié)晶提純、金屬化合物氣體還原等環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)摸索，周亦胄與研究團(tuán)隊(duì)建立起了從高溫合金廢料中分離回收各種高價(jià)值金屬元素的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)了從高溫合金廢料中分離回收錸、釕、鉭、鎢、鉬、鈷、鎳等金屬元素的目標(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)可使含錸、釕單晶高溫合金的制造成本顯著降低。此外，他還牽頭成立了沈陽(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)揮了作用。

航空航天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)需要科技的支撐，航天航空事業(yè)的安全更是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全，周亦胄愿做這樣的守護(hù)者，用自己的知識(shí)和汗水筑起一道堅(jiān)固的“城墻”，用科技的力量讓中國(guó)人飛得更高，飛得更遠(yuǎn)！