5月5日，我國長征五號B運載火箭首飛成功，其近地軌道運載能力大于22噸，是目前我國近地軌道運載能力*大的火箭。在其強大的心臟中有一個核心部件——氫泵渦輪，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。這項成果從2016年開始應(yīng)用于長征五號*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)動機燃燒室，與液氧混合燃燒產(chǎn)生推力。若氫泵渦輪出現(xiàn)問題，火箭會瞬時因失去動力墜落。

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建設(shè)了國內(nèi)*臺鈦合金潔凈霧化制粉設(shè)備，原計劃用于研制航空發(fā)動機部件，但當(dāng)時這個想法太超前，國內(nèi)沒有需求和經(jīng)費支持渠道。項目負責(zé)人、鈦合金研究部主任楊銳不得不尋求國際合作經(jīng)費支持，但2006年與歐洲的研究機構(gòu)聯(lián)合申請歐盟第六框架計劃下的中歐航空合作項目“鈦合金粉末近凈成形”沒有成功。盡管合作項目未獲批準，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)會議在美國加州長灘召開，參與組織這次會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議，楊銳是會議4名主席之一，卻因未及時拿到簽證無法參加，直到會議結(jié)束之后3月才拿到，他正好用這個簽證去參加了5月的會議。會上，兩篇關(guān)于鈦合金粉末熱等靜壓研究的報告引起了楊銳的注意，都是關(guān)于制備火箭氫氧發(fā)動機的氫泵渦輪的：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，三個月后，長征五號氫氧發(fā)動機的氫泵渦輪作為配套項目正式發(fā)布，大概己有兩家單位研究了一段時間了，但進展不理想，總體單位為確保氫氧發(fā)動機研制進度將這個攻關(guān)任務(wù)提出來公開招標。楊銳清楚記得他們上報項目申請書的時間點是2008年10月31日。

準備項目答辯的時間很緊，只有一個多月，團隊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，沒有準備、毫無把握地上陣，是兵家大忌。楊銳緊急召集團隊成員制定對策，立即啟動研究，希望在項目答辯前掌握關(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，儲備人才。但因設(shè)備缺乏合乎要求的安裝場地，重新建房花了3年多時間，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)用要求是項目面臨的*個挑戰(zhàn)。團隊加班加點地工作，在很短時間內(nèi)走完了母合金、電極、制粉、包套、熱等靜壓、樣品加工、性能測試全過程，并通過反復(fù)試驗優(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，對工作按計劃進度完成起到了重要保障作用。

低溫力學(xué)性能測試環(huán)境苛刻，要求很高，當(dāng)時全國只有中國科學(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)，該中心負責(zé)人李來鳳在金屬所讀過研究生，他一接到請求即全力協(xié)調(diào)加班測試，對團隊及時獲得性能數(shù)據(jù)提供了極大的幫助。

測試結(jié)果表明，制備的粉末合金的性能穩(wěn)定地高于技術(shù)指標要求，良好的開局給予團隊極大鼓舞。當(dāng)時有4個團隊參加項目競爭，但答辯的時候兩個團隊臨時撤出，*終金屬所團隊以較扎實的工作基礎(chǔ)和詳盡具體的研究方案勝出。

雖然拿到了項目，但團隊*次開展粉末冶金部件研究，文獻上只見大致輪廓和*終結(jié)果，對關(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，而手上無試驗件可用，正“等米下鍋”，因此溝通時對進度要求很緊。氫泵渦輪屬于閉合空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無法進行機加工，對成形后的尺寸精度要求很高，而粉末致密化時體積收縮高達30%，控制復(fù)雜形狀輪廓尺寸的難度極大，這是項目遇到的*大技術(shù)障礙。 如果完全依靠一輪一輪反復(fù)實驗優(yōu)化尺寸，成本極高，且時間上不允許。

當(dāng)時楊銳作為首席科學(xué)家正在承擔(dān)材料計算設(shè)計的一個973項目，團隊在材料計算模擬方面有較好積累。在著手部件成形試驗之前，徐磊開展了大量的模擬計算，這對包套優(yōu)化設(shè)計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驗驗證輪次，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)部型芯實現(xiàn)的，若采用硬質(zhì)型芯，雖然有利于高溫成形時控制尺寸，但冷卻時易將部件內(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。團隊由于掌握了計算模擬成形過程的關(guān)鍵技術(shù)，他們對尺寸控制的能力顯著增強，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)實力享譽世界，得益于這種多學(xué)科綜合實力，團隊很快解決了這個難題，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。

在攻克上述多項技術(shù)難題基礎(chǔ)上，金屬所團隊在一年半時間內(nèi)制造出了合格的氫泵渦輪樣件，為氫氧發(fā)動機研制提供了有力支撐。

時任國家973計劃顧問專家組組長周光召同志在聽取了項目進展與成果匯報后，認為該項目在強化原理性研究基礎(chǔ)上，發(fā)揮計算模擬指導(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)團隊負責(zé)人楊銳獲2010年度周光召基金會應(yīng)用科學(xué)獎。

長征五號火箭首飛后，2017年4月攻關(guān)團隊獲五部委“長征五號運載火箭*飛行任務(wù)突出貢獻”團隊獎（中科院*），徐磊獲“長征五號運載火箭*飛行任務(wù)突出貢獻”個人獎。

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