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為了對祖國的承諾

1月8日,2017年度國家科學技術獎勵大會在北京人民大會堂隆重舉行。由中國航發航材院主承擔,中國航發渦輪院、動研所、動力所參研的《第二代單晶高溫合金DD6及其航空發動機渦輪葉片研製與應用》項目榮獲2017年度國家技術發明獎二等獎,中國航發航材院副總師李嘉榮及團隊成員受到黨和國家領導人的接見。這是整個團隊至高無上的榮譽。

20世紀90年代中期,我國高性能航空發動機渦輪葉片急需高性能材料。對新材料研究的情有獨鍾以及在清華大學攻讀博士學位的學習經歷,使李嘉榮敏銳洞察到專業發展的廣闊前景。他和團隊成員默默許下諾言,一定要把第二代單晶高溫合金及其航空發動機渦輪葉片研製出來,以滿足我國裝備的急需。從此,在漫長而艱辛的探索之路上,這個對祖國許下的莊嚴承諾始終像一顆明亮的啟明星指引他們不畏險阻,堅定前行。

單晶渦輪葉片被譽為「皇冠上的明珠」,工作條件極為苛刻,是決定發動機性能、可靠性與壽命的關鍵因素,是衡量一個國家整體製造水平的重要標誌。而第二代單晶高溫合金成分設計受到高溫強度、疲勞性能、工藝性能等幾十個指標的互相制約,且葉片具有複合彎扭空心薄壁的複雜結構,技術難度極高,歐美大國優先發展,高度壟斷,嚴密封鎖。因此,自主創新是發展第二代單晶高溫合金及其渦輪葉片的唯一途徑。

李嘉榮所在的航材院是一個具有60多個材料相關專業、學科齊全的研究單位,一流的創新資源、創新環境和創新文化所構成的創新生態系統,為打造「科學家的搖籃,工程師的沃土」提供了有力保證。

勇於創新成就新一代單晶高溫合金

金屬元素「錸」資源稀少,價格昂貴,可顯著提升單晶高溫合金的高溫強度,恰好滿足第二代單晶高溫合金優異承溫能力的要求。歐美通常添加3%的錸元素來發展第二代單晶高溫合金,如果與歐美的做法一樣,將帶來高昂的成本,這對20世紀90年代的研發投入而言是難以接受的。因此,發展低成本的第二代單晶高溫合金成為擺在團隊面前的重大課題。

李嘉榮與唐定中、劉世忠等成員以無畏的勇氣、科學的創新精神集智攻關,成為第一個「吃螃蟹的人」。探索之路一向伴隨著嘗試與失敗,挫折多了,有人開始懷疑技術方案,有人建議仿製歐美合金,有人因為難度大、收入低而離開。而作為帶頭人的李嘉榮卻堅定而自信,他說:「歐美能做出3%錸的二代單晶,我們也能搞出低錸的二代單晶。」李嘉榮帶領團隊經過幾年的艱辛嘗試、反覆實踐,一絲不苟、精益求精,發明了具有完全自主知識產權的高性能低成本第二代單晶高溫合金DD6,其性能優於或達到歐美大量應用的第二代單晶高溫合金,錸含量降低1/3、成本低20%以上,實現了我國單晶渦輪葉片材料從第一代到第二代的跨越。

嚴謹的工作簡單的幸福

單晶高溫合金製備就像「炒菜」,但與「炒菜」靠感覺不同,製備單晶高溫合金講究的是如何科學精準調控10餘種主要合金元素,差一點都有可能無法實現30多個相互制約的指標要求。這就要求團隊做事嚴謹,腳踏實地,追求毫釐不差。李嘉榮就是這樣一個追求完美、細緻入微的人,他具有高度責任感,總是跟團隊成員說:「一個先進的航空發動機有兩萬多個零件,一個細節出現問題,就可能引起重大事故。」他的這種態度無時無刻不在影響著整個團隊。

20年前加入團隊的韓梅,對於合金熔煉過程記憶猶新。據她介紹,因為擔心元素配比絲毫偏差帶來誤導,他們就在熔煉前仔細將每爐添加的所有原料反覆稱量,確保精準無誤。寒冬臘月的夜晚,李嘉榮帶著他們一起穿著軍大衣,站在旁邊看著每份「調料」加進真空感應熔煉爐,內心充滿著對合金成功出爐的期待。直到現在,每當他回想起那個場景都仍覺得很幸福。共同奮鬥的「戰友情」,成為團隊抵禦寒冬的絲絲溫暖與戰勝困難的強大力量。

「對症下藥」建立再結晶控制技術體系

2005年,當團隊成員信心滿滿地將單晶空心渦輪葉片拿到工廠機械加工時,卻出現了再結晶缺陷,一時難以完全杜絕這種現象,質疑聲四起。團隊里有的年輕科研人員感到十分困惑:「上百道工序,問題到底出在哪兒啊?」與此同時,整個團隊還承受著交付的巨大壓力。

越在艱難的時候,李嘉榮越會給大家打氣。憑藉紮實的理論功底與豐富的工作經驗,他對DD6合金充滿信心。再結晶是金屬材料的一種普遍現象,不是DD6合金所特有的,但需要團隊應用金屬學理論,科學創建再結晶控制方法。其實,李嘉榮也不是「鐵人」,他何嘗沒有感到「壓力山大」和疲憊呢?作為團隊領軍人,他是團隊的精神支柱,不敢、也不能在大家面前表現出一絲動搖。如果說在這20年中,「動搖」二字曾在他腦海中閃現過的話,也只如流星般的轉瞬即逝。他出現在大家面前時,仍然是那個「只為成功想辦法,不為失敗找理由」的帶頭人。李嘉榮總是忘我工作,經常忙到深夜,20年前滿頭黑髮的他,已變成了頭髮稀疏的人。

在與李嘉榮共同奮鬥20多年的同事劉世忠心中,李嘉榮就是他們的「主心骨」。在最艱難的時候,李嘉榮的鼓勵總是如一縷春風,帶給大家溫暖與希望,「過了這關,就勝利在望了,你們大膽去干,出了問題我負責。」這鏗鏘有力的話語給了年輕同事們一顆「定心丸」。李嘉榮先後培養了10餘名博士、博士後,並指導駱宇時、趙金乾、熊繼春等深入鑽研再結晶控制方法。在他的帶領下,團隊中每個科研人員不僅是理論專家,也是實踐巧匠。

當團隊所有成員相互支撐、共同面對溝坎時,就像一輛所向披靡的坦克勇往直前。經過多年的艱苦攻關、集智創新,團隊建立了再結晶控制技術體系,獲得6項授權發明專利,為我國單晶渦輪葉片從簡單實心到複合彎扭空心跨越的實現提供了重要保障。現在,如果出現再結晶,就能按照這套控制體系開出良方,「對症下藥」,保證「藥到病除」。

習近平總書記在十九大報告中指出,「要瞄準世界科技前沿,強化基礎研究,實現前瞻性基礎研究、引領性原創成果重大突破。」李嘉榮正是以敏銳的專業眼光,比肩國際領先水平,帶領團隊勇於創新、善於創新,攻克了我國高性能航空發動機DD6單晶渦輪葉片研製與應用關鍵技術,填補國內空白,獲17項授權發明專利,發表150餘篇學術論文,創建了我國第二代單晶高溫合金及其渦輪葉片應用技術體系。DD6單晶渦輪葉片已在我國多型先進航空發動機獲得廣泛應用,解決了我國先進航空發動機關鍵材料的迫切急需,實現了我國重大關鍵軍工材料的自主保障。

談到獲獎時,李嘉榮言語間充滿了感恩:「感謝時代,二十年艱辛,做成這件事,十分值得,能看到裝備著我們研製的單晶渦輪葉片的飛機在祖國的藍天上翱翔,就是對我們最大的褒獎,我們也踐行了對祖國的莊嚴承諾。」


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