航空發(fā)動機作為飛行器的核心，被譽為現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”。航空發(fā)動機中，渦輪葉片由于處于溫度最高、應力最復雜、環(huán)境最惡劣的部位而被列為第一關鍵件，被譽為“皇冠上的明珠”。

　　我國在大飛機制造技術上與西方發(fā)達國家仍存在較大差距，重大瓶頸問題就是發(fā)動機的推力嚴重不足。為提高發(fā)動機推力，就需要發(fā)動機的渦輪葉片具有更高的承溫能力。

　　因此，國外大推力航空發(fā)動機全都采用單晶高溫合金葉片。而在我國，由于單晶高溫合金葉片制造技術的落后，大推力航空發(fā)動機只能采用定向柱晶葉片，從而導致發(fā)動機的動力、壽命與可靠性嚴重不足。顯然，單晶高溫合金葉片制造技術的突破將成為我國大飛機制造發(fā)展的關鍵。

　　2007年，國內(nèi)的航空航天技術也進入了新的發(fā)展階段，國家宣布大飛機立項，迫切需要高溫合金專業(yè)的研究人員。2009年6月，中國科學院金屬研究所研究員周亦胄在中國科學院“百人計劃”項目的支持下開始組建單晶高溫合金制造技術實驗室，瞄準我國航空航天發(fā)動機發(fā)展對單晶高溫合金制造技術的重大需求，開展單晶高溫合金制造技術及缺陷控制的研究工作。

　　攻克難題：成功研發(fā)中國制造的“皇冠明珠”

　　單晶高溫合金葉片制造的技術難題，主要難在哪里？一是，單晶葉片的結構非常復雜，內(nèi)部有精細的風冷通道需要鑄造成形，這導致葉片鑄造時會出現(xiàn)很多結構性缺陷；二是，單晶葉片制造過程中會出現(xiàn)雜晶、小角晶界、取向偏離、再結晶、型殼反應、表面疏松、熱裂紋等多種不同類型的冶金缺陷，每種缺陷的產(chǎn)生都可以造成高溫合金葉片的報廢，導致其合格率很低。

　　針對這些技術難題，周亦胄帶領團隊系統(tǒng)開展了雜晶、小角晶界、取向偏離、再結晶、型殼反應、表面疏松、熱裂紋等缺陷形成機制的基礎研究，他堅持深入一線進行模具設計、蠟模組合、鑄造實驗、樣品制備以及觀察分析。完成實驗室研究工作后，他又帶領科研團隊到發(fā)動機葉片制造廠進行生產(chǎn)性驗證。

　　周亦胄團隊根據(jù)單晶葉片凝固缺陷的形成機制提出了多項工程上行之有效的凝固缺陷控制措施，形成了一套單晶葉片規(guī)?；圃斓娜鞒炭刂萍夹g，成功研制出多種不同類型的單晶葉片，在現(xiàn)有的工業(yè)基礎條件下實現(xiàn)了單晶葉片制造技術的突破，為中航工業(yè)發(fā)動機公司、航天科工集團公司等新型發(fā)動機的研制提供了葉片保障。

　　其中一項標志性成果，就是采用我國新型的第二代單晶高溫合金DD405，成功鑄造出了中航工業(yè)新型航空發(fā)動機中的高壓渦輪轉(zhuǎn)子單晶葉片。該葉片在發(fā)動機試車考核中表現(xiàn)優(yōu)越，標志著我國在復雜結構單晶葉片制造技術上取得了重要進展。此外，多項單晶葉片鑄造技術還以技術轉(zhuǎn)移的方式推廣到了中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機集團公司，顯著促進了我國單晶高溫合金葉片鑄造技術的進步。

　　變廢為寶：實現(xiàn)稀貴金屬再生循環(huán)利用

　　在高溫合金葉片鑄造過程中，需要通過澆道與冒口設置來保證葉片中不出現(xiàn)凝固缺陷。由于鑄造后澆道與冒口內(nèi)的高溫合金不允許在航空發(fā)動機零部件制造中重復使用，因此，高溫合金葉片鑄造過程中產(chǎn)生出的廢料常高達總用料的70%。單晶高溫合金材料的基體為鎳元素，其中含有錸、鉭、鎢、鉬、鈷等多種稀有貴重金屬。

　　以錸為例，作為一種重要的戰(zhàn)略稀缺金屬，錸在世界范圍內(nèi)儲量不足1萬噸，而我國的保有儲量僅為200余噸，價格約為3萬元/千克，這使含錸單晶高溫合金材料的價格非常昂貴。如：含3wt.%錸的第二代單晶高溫合金價格為200萬元/噸，含6wt.%錸的第三代單晶高溫合金價格達到約300萬元/噸。

　　目前，我國已開始大量采用第二代單晶高溫合金制造航空航天發(fā)動機單晶葉片，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生出大量含錸高溫合金廢料。由于缺少相關分離提取技術，使得合金廢料中錸、鉭、鎢、鉬、鈷等高價值元素只能被當作鎳來對待，造成了極大的資源浪費和經(jīng)濟損失。

　　針對這一難題，周亦胄進行了深入思考：能否從廢料的回收再利用方面尋找突破口，減少巨大的資源浪費和經(jīng)濟損失，實現(xiàn)先進單晶葉片制造的長期可持續(xù)發(fā)展？由于國外對相關研究成果和技術方案的封鎖，要研究高溫合金廢料中回收稀貴金屬的技術，幾乎是從零開始。

　　周亦胄迎難而上，著手在金屬研究所組建稀貴金屬資源再生循環(huán)利用實驗室。為確定技術路線，他奔波于全國各地找資源循環(huán)利用專家進行討論，分析各種回收處理高溫合金廢料方法的可行性。

　　經(jīng)過反復論證，周亦胄最終確定了采用電化學溶解法多步分離提取高溫合金廢料中稀貴金屬元素的技術路線。隨后，他組織起一支具有電化學腐蝕與化學分離提取研究背景的科研隊伍，探索了高溫合金廢料電化學溶解、沉淀分離、萃取分離、離子交換分離、金屬化合物重結晶提純、金屬化合物氣體還原、金屬粉末熱壓燒結等環(huán)節(jié)中的關鍵科學與技術問題。

　　經(jīng)過反復實驗，周亦胄研究團隊建立起了從高溫合金廢料中分離回收稀貴金屬元素的技術路線，實現(xiàn)了從高溫合金廢料中分離回收錸、鉭、鎢、鉬、鈷等稀貴金屬元素的目標，填補了國內(nèi)的技術空白，并形成了與之配套的高溫合金低成本制造技術，該技術可使第二、三代單晶高溫合金的制造成本顯著降低。

　　談到取得多項突破性科研成果的成功經(jīng)驗，周亦胄說：“科研工作者必須具備兩方面能力：一是要把國家需求和研究方向密切結合，圍繞國家需求推動和促進專業(yè)領域發(fā)展。二是要有不息探索的執(zhí)著和鍥而不舍的精神。一項成功的研究成果背后可能隱藏著上百次甚至上千次的失敗，只有鍥而不舍的執(zhí)著精神才能帶領我們走出失敗，走向成功?！?