長空鑄劍 材料爭先
——中航工業北京航空材料研究院先進高溫結構材料國家重點實驗室紀實

文/龐貝

長空鑄劍 材料爭先
——中航工業北京航空材料研究院先進高溫結構材料國家重點實驗室紀實

文/龐貝

一代材料，一代裝備

一部人類文明史從某種意義上說就是一部使用材料和發展材料的歷史。材料技術與信息技術、生物技術、能源技術一起，被公認為是當今社會及今后相當長時間內總攬人類全局的技術。

材料技術還是支撐當今人類文明的現代工業關鍵技術，也是一個國家國防力量最重要的物質基礎。國防工業往往是新材料技術成果的優先使用者，新材料技術的研究和開發對國防工業和武器裝備的發展起著決定性的作用。

正基于此，中央領導在2006年視察中國航空工業集團公司(簡稱“中航工業”)北京航空材料研究院(以下簡稱航材院)時指出，“一代材料、一代裝備”。

航空工業作為工業之花，是國家戰略性產業，是國家技術、經濟、國防實力和工業化水平的重要標志。新中國航空工業自1951年4月17日創建以來，肩負著航空報國、強軍富民的歷史使命，走過了60年的光輝歷程，取得了舉世矚目的成就。

航空工業領域從來就是先進材料技術展現風采、爭奇斗艷的大舞臺，100多年來，材料與飛機一直在相互推動不斷發展。伴隨我國航空事業的快速發展，我國航空材料正逐步向產業化方向發展，市場前景廣闊。要想在航空領域搶占先機，必須進一步提升企業的新技術、新工藝、新裝備、新產品的研發水平，更進一步加大優秀科研成果的應用力度，提升核心研發能力。

航空發動機為飛機的心臟，而航空發動機關鍵熱端部件的材料為高溫合金。

高溫合金是為滿足先進發動機對材料的苛刻要求而研制，是航空航天動力系統的關鍵材料。高溫合金在600°C～1200°C高溫下能承受復雜應力，并具有抗氧化和抗腐蝕能力，它是航空發動機渦輪葉片與渦輪盤的不可或缺的材料，是軍用和民用燃氣渦輪發動機熱端部件不可替代的關鍵材料。目前，在先進的航空發動機中，高溫合金用量所占比例已超過50％，可以說，沒有高溫合金就沒有現代航空工業。

技術攻關基地，航空工業尖兵

北京西山腳下，中關村高新技術園區發展區內，依山傍水，景色怡人，坐落著一處神秘所在，這就是北京航空材料研究院。

中航工業總經理林左鳴(中)、副總經理徐占斌(左一)到重點實驗室檢查指導工作

她鮮為人知，卻功勛卓著。作為中國面向航空的綜合性材料研究機構和最大的材料工程研究中心之一，航材院主要從事飛機、發動機和直升機用先進材料、工藝、檢測評價技術研究，具有高性能材料的小批量生產和高難度重要部件的研制與開發能力，承擔著大量國家重點科研項目和軍民兩用技術研發項目。

50多年來，航材院懷著赤誠的報國之心，勵精圖治，創新拼搏，為我國航空事業的發展攻克了一個又一個材料技術難關，累計獲得科研成果2400余項，獲國家級科技獎勵140余項，部委級科技獎勵920余項，獲授權專利210余項。

在這支強有力的科研大軍中，有一支“特別能吃苦，特別能戰斗”的研究團隊，這就是先進高溫結構材料國家重點實驗室。

先進高溫結構材料國家重點實驗室是一個什么樣的研究室？

中航工業基礎院院長、原航材院院長、重點實驗室主任李曉紅應該最有發言權。他給出的回答是：

先進高溫結構材料國家重點實驗室是開展前瞻性、探索性、創新性應用基礎研究和關鍵技術研究，同時進行工程應用研究和先期技術開發，建立具有國際先進、國內領先水平的高溫結構材料技術領域的開放式研究平臺，是國防科技工業創新和關鍵技術攻關基地。重點實驗室主要開展鑄造高溫結構材料及應用研究、噴射成形高溫結構材料及變形高溫合金應用研究、粉末高溫結構材料應用研究、高溫結構材料力學性能測試技術研究。

多年來，在各級領導和有關部門的關心和大力支持下，重點實驗室承擔了國家大量的重大重點科研課題工作，面向國家對高溫結構材料技術發展的需求，不斷開展前瞻性研究與應用基礎研究，開展重點型號關鍵技術攻關。經過50多年來的不懈努力，航材院在高溫結構材料方面已獲得令人矚目的研究成果，取得包括國家科技進步一等獎“渦輪葉片無余量精鑄工藝”、國家科技進步二等獎“熱等靜壓FGH95粉末渦輪盤研制與應用研究”、國家發明二等獎“DD3單晶合金和單晶葉片工藝”等國家發明獎與科技進步獎在內的國家級科技成果18項、部級以上科技成果50多項。近3年來，創造出了一批令人振奮的研究成果，取得國防科技進步特等獎1項、二等獎2項、三等獎1項、中國質量協會質量技術二等獎1項。申請發明專利40余項，獲得專利授權近20項。重點實驗室在新型單晶與定向高溫合金及其葉片、新型粉末高溫合金及其渦輪盤、高溫合金噴射成形、變形高溫合金及其制件、高溫陶瓷型結構材料等方面取得了重要進步和突破，研制的高溫合金渦輪葉片與渦輪盤在絕大部分在研在役的先進航空發動機上服役、定型、試車與試驗考核，并在高熔點金屬間化合物、超氣冷葉片制造技術等研究方向上進行了探索研究，取得了令人矚目的成就，為我國先進航空發動機的發展提供了技術支撐與技術儲備，為我國科技工業的發展作出了突出貢獻。

重點實驗室常務副主任唐定中研究員向記者介紹，先進高溫結構材料國家重點實驗室具有高學歷、高水平、多層次、基礎知識扎實、中青年結合的國內一流的研究人員，在長期的研究工作中打造了一支由17名研究員、30余名博士組成的充滿朝氣、驍勇善戰、攻堅克難、友好合作的近百人的研究團隊，為完成各項科研任務提供了雄厚的人力資源。

創新為魂，強軍富民

對于如何在研究中貫徹創新精神，航材人以切身體驗為我們描述此中艱苦，揭示個中甘甜。

創新是什么？

李嘉榮(重點實驗室副主任，博士，研究員，博士生導師)：以單晶高溫合金DD6及其空心渦輪葉片的研制為例，單晶高溫合金在先進航空發動機上起到十分重要的作用，應該說，沒有單晶高溫合金，就沒有先進的航空發動機。單晶高溫合金空心渦輪葉片的復雜程度之高、難度之大、要求之苛刻是本專業以外的人難以想象的。而DD6單晶高溫合金及其空心渦輪葉片的研制難度就更大，目前類似葉片世界上只有少數幾個發達國家可以研制與生產，我們在研制中遇到很多技術難題。為突破技術難關，創新貫穿整個科研工作。我深刻體會到：創新是科學研究的靈魂與生命。

在實際的科研工作中，首先，要勇于創新。面對難題，要有魄力敢于創新，只有勇于突破技術關鍵，才能實現先進單晶渦輪葉片的成功研制。再有，堅持創新，走自主知識產權之路。在不能從國內外得到借鑒的情況下，創新是突破技術關鍵的唯一途徑。要善于創新，要建立具有我國自主知識產權的技術體系，才能全面系統地掌握核心技術。還有，要把勤奮貫穿于科研工作。沒有勤奮，新型單晶高溫合金的研究就是一句空話，相應的單晶渦輪空心葉片的研制就是紙上談兵。要以吃苦耐勞與頑強拼搏的精神，勤奮學習，勇于實踐，忘我工作，才能獲得成功。最后，要建設攻堅克難的研究團隊。高效、和諧的研究團隊是必不可少的，這是科學研究工作成功的保證。實際的科研工作涉及許多專業與學科，需要科研人員相互理解配合，相互支持激勵，集智創新，才能高效率完成研制工作。

開展國際合作研究

鄒金文(博士，研究員)：渦輪盤作為先進航空發動機具有關鍵特性的核心部件，要求渦輪盤材料具有良好的熱加工工藝性能、理化性能、綜合力學性能以及長期使用的安全可靠性能。為了提高粉末盤技術水平和科技創新能力，我們將著力開展新一代粉末高溫合金材料以及雙性能粉末盤、整體渦輪葉盤等先進制造技術研究，同時形成制造及使用全過程控制體系。通過幾十年努力，我國在粉末盤研究方面取得了長足進步，基本形成了中國的粉末高溫合金材料與制造技術體系，走出了一條具有中國特色的粉末盤研制路線。

曹臘梅(碩士，研究員)：針對先進航空發動機熱端部件服役環境對材料與結構需求的發展特點，上世紀80年代末期開始，重點實驗室在前期技術的基礎上開展了高溫合金復雜整體結構件控晶和單晶空心葉片精密鑄造技術的研究，于上個世紀90年代中期在國內率先研究出了高溫合金細晶鑄造技術、氧化鋁基陶瓷型芯技術、單晶空心無余量葉片精密鑄造技術，為我國單晶空心葉片和細晶渦輪實現應用起到了無以替代的作用。我國航空發動機主機廠的總冶金師曾以無比贊許和尊敬的口氣對氧化鋁基陶瓷型芯技術發明人說道“沒有你們航材院的氧化鋁基陶瓷型芯技術，就沒有我國的單晶空心葉片?！?/p>

中國航空工業集團公司的宗旨中有一句話叫作“強軍富民”，先進高溫結構材料國家重點實驗室在這方面做了什么？

肖程波(重點實驗室副主任，博士，研究員)：重點實驗室在完成各種國家研究任務的同時，確立了在鑄造高溫結構材料及工藝技術等方面的國內領先優勢，本著強軍富民的宗旨，實驗室將航空渦輪發動機先進的高溫合金精密鑄造成熟技術應用于地面燃氣輪機高溫關鍵部件的產業化。

燃氣輪機熱端關鍵部件材料及制備技術是先進地面燃氣輪機設計、制造的基礎，也是制約燃氣輪機快速發展的瓶頸。國內燃氣輪機機組水平目前相當于國外上世紀80年代水平，機組容量小、渦輪前進口溫度低、熱端關鍵部件尤其是重型燃機的高溫核心部件完全依靠進口。

2006年，國家批復并資助航材院建立“先進高溫合金精密成型件高技術產業化示范工程”，建立燃氣輪機葉片和噴嘴生產線，擺脫了我國重型燃汽輪機熱端關鍵部件長期以來依賴進口、受制于人的局面。經過5年的努力，實驗室取得了一些令人矚目的成績：研制成功具有自主知識產權的耐腐蝕定向合金DZ466，該合金的承溫能力與GE公司廣泛使用的地面燃機葉片用耐腐蝕定向合金DS GTD111相當；承制了國家“863”計劃某重型燃機研制任務中難度最大的二級渦輪空心葉片；建成了用于制造大尺寸燃機定向、單晶葉片的凝固設備。目前大型廠房已于2010年6月開工建設，預計于2011年底建成并投入使用。

一滴水，一片海洋

作為科研領軍人物，重點實驗室主任李曉紅不畏艱難，勇于開拓，著力強化科研基礎，提高科研核心能力，實現技術創新，保證各項研制任務完成。在他的帶領下，重點實驗室的科研工作不斷邁上新臺階?，F任院長戴圣龍以骨子里的韌勁與堅強，以卓越的管理才干和人格魅力，領導重點實驗室再次打贏了一場場艱難的硬仗。雖然身肩各種榮譽，但是與個人價值相比，他更注重的是團隊精神和責任文化。他常說：“個人再完美，也就是一滴水；一個團隊、一個優秀的團隊才是大海?！?/p>

強將手下無弱兵。

重點實驗室這片海洋里演繹著怎樣的蔚藍？有一群怎樣的“兵”？

航空發動機高壓渦輪葉片被英美專業人士喻為“皇冠上的明珠”，世界上也只有美、英、俄少數幾個國家能研制第二代單晶合金空心渦輪葉片。然而李嘉榮和他的同事們卻被譽為摘取“皇冠上的明珠”的人。他們的成果——DD6單晶葉片更是被選為世紀重大成果，永遠保存在中華世紀壇里。

“尖端技術絕不是金錢能買來的?！庇邢薜目蒲薪涃M，極少公開的有價值的文獻——“很累，很苦”，但是李嘉榮和他的同事們還是研制出了DD6?！拔視恢卑堰@件事做下去。多少年后回過頭來看到我們搞出來的單晶葉片還在，我就心滿意足了?！?/p>

曹臘梅，“全國國防科技工業系統勞動模范”，連續主持并圓滿完成了國防“七五”至“十一五”重點預研項目、多項基金以及多項型號攻關課題。剛進課題組的時候，曹臘梅對航空發動機的常識知之甚少，對研究領域的資料掌握不夠，對應用研究的科研程序也不了解，使她在工作中顯得比較慌亂和急躁，工作效果很不理想，造成了較大的思想壓力。這時，項目指導人蔣增榮高工和殷克勤等同志及時給予了幫助。在老一輩科研工作者的帶領和精心指導下，通過自身的不懈努力，項目組的年輕人逐漸成為了科研骨干。

談及這些同事兼師長，曹臘梅如是說，“他們既沒有豪言壯語，也沒有建立驚天動地的偉業，甚至在工作和生活中只是默默無聞，但他們對待航空科研任務兢兢業業、一絲不茍的敬業精神，對待新人毫無保留、甘為人梯的寬闊胸襟，如同春雨一般，細細地滋潤著我前進中的每一時、每一刻，激勵著我，催我奮進?！?/p>

沒有哪一個課題是能由一個人單獨完成的，每位成員都應在課題研究工作中找準自己的位置，這就要求大家通力協作、優勢互補、團結奮戰。悉心統籌安排，科學管理，協調好專業組六七個課題以及軍工產品的生產，將課題的任務落實到人，發揮每一個人的主觀能動性，力求達到最高的效率，這些都是粉末專業組組長鄒金文的任務。某型號發動機高壓渦輪盤首件全尺寸盤坯淬火前，由于在國內是第一次進行該合金大尺寸盤件的淬火，為保證工藝順利實施，鄒金文進行了大量的文獻調研及試驗工作，多次召開專業組會議討論工藝方案，并請來老專家為工藝把關，最終得到了較好的淬火結果。在她的帶動下，粉末組形成了互相探討，互相理解，互相幫助，互相支持的良好工作氛圍。正是這樣一支團隊，最近剛剛獲得中航工業型號獎團隊一等獎。

重點實驗室黨支部書記兼副主任桂忠樓介紹，重點實驗室注重團隊建設，大力弘揚核心價值觀——“型號任務完不成，其他一切都是零”和“基礎不牢、地動山搖”的文化理念，舉辦國際會議、青年科技論文寫作交流會、拜師學藝、勞動技能競賽、青年科技論文競賽等豐富多彩的活動，以增強團隊的凝聚力。

一進重點實驗室的科研樓大廳，就能看到“科學發展、創先爭優、型號攻關”的口號，為使新職工盡快完成從學生到科研工作者的轉變，融入研究室大家庭，研究室開展拜師學藝活動，為新職工選派經驗豐富、思想先進、作風過硬的老職工作為師傅進行傳幫帶，為新職工健康成長搭建平臺；為促進崗位成才，形成愛崗敬業的良好風氣，打造一支“技術過硬、素質一流”的技能職工隊伍，黨支部、分工會和團支部聯合組織在四個工序開展了四場激烈的勞動競賽，掀起了職工立足崗位鉆研業務、苦練內功的熱潮。

在這種團隊價值觀的帶領和感召下，重點實驗室連續多年獲航材院“模范分工會”、“標兵團支部”稱號，2002年獲中華全國總工會“全國五一勞動獎狀”，2010年獲得“中央企業紅旗班組(科室)”稱號。

“不積小流，無以成江?！?，有這樣的“兵”，才能有這樣的團隊；在這樣的團隊，才會出這樣的“兵”。難怪向以內斂著稱的戴圣龍院長也對這支團隊贊譽有加，稱他們“充滿朝氣、驍勇善戰、攻堅克難、友好合作”。

經過各種磨礪和考驗，60后、70后甚至80后已經成長為重點實驗室中的骨干力量。在這一代人的成長記憶中，總少不了這樣的歌，但是他們把這樣的歌唱成了一種信念：

“我的祖國和我，像海和浪花一朵，

浪是海的赤子，海是浪的依托，

每當大海在歡笑，我就是笑的漩渦，

我分擔著海的憂愁，分享海的歡樂……”

自1951年起，新中國航空工業從篳路藍縷到枝繁葉茂，已經走過了60個年頭；自1956年航材院的前身——第二機械工業部第六研究所宣布成立，北京航空材料研究院也已走過了55載春秋。在這半個多世紀的時間里，正是有無數航空材料人不計名利、甘心奉獻、默默鑄劍，才有了祖國藍天的安靜與祥和。

與國外高溫合金專家進行學術交流

當新一代戰鷹翱翔天宇，那里面一定熔鑄著航材人的光榮與希冀。