专项组的基础理论学习刚收尾,林荞便带着李薇、江浩和张教授一行人,驱车前往航科技集团火箭研制基地。车上,林荞翻着调研提纲,对众人:“这次调研核心是找痛点,发动机设计师和材料打交道,他们的实际反馈,比书本知识更重要。”
张仲谋教授点头附和:“没错,航材料研发不能闭门造车,实验室的数据再好,落地不了都是空谈。基地的设计师们最清楚现有材料在实际工况中,到底卡在哪里。”
李薇攥着笔记本,一脸认真:“我重点问涂层相关的问题,比如脱落的时间、部位,还有和基体的结合问题,这些都是咱们后续研发的核心。”
一个半时后,车辆驶入火箭研制基地。基地总工程师秦峰早已在门口等候,握着林荞的手笑道:“林研究员,欢迎你们来调研!早就听你们团队攻坚克难的劲头,这次航材料的难题,就靠你们了。”
林荞回握着手,语气恳切:“秦总工太客气了,我们这次来,就是向基地的设计师们取经,摸清现有材料的应用痛点,让后续研发更有针对性,少走弯路。”
秦峰带着众人走进基地的发动机研制车间,巨大的火箭发动机燃烧室雏形映入眼帘,几名设计师正围着图纸讨论。秦峰扬声介绍:“这几位都是咱们基地资深的发动机设计师,负责燃烧室的结构设计和材料应用,你们有任何问题,尽管问。”
林荞一行人立刻围了上去,设计师陈工率先开口,语气无奈:“林研究员,你们来得正好,现有燃烧室的材料,真是让我们头疼。就涂层吧,3000c高温下工作不到20时,喷管喉部的涂层就开始脱落,一脱落,高温燃气直接冲刷基体,很快就报废了。”
江浩立刻记下关键点,追问:“陈工,涂层脱落是局部的,还是整体的?脱落前有没有出现开裂、鼓包的情况?”
“主要集中在喉部和曲面转角处,这些地方热应力最大。”陈工指着燃烧室的模型,“脱落前都会先出现细微裂纹,之后裂纹扩大,涂层就一片片掉了。我们试过加厚涂层,结果反而裂得更快,热应力更不均了。”
李薇皱着眉,继续问:“那现在用的涂层和基体是什么材质?涂层的制备工艺是等离子喷涂吗?”
“基体是第二代镍基高温合金,涂层是氧化锆陶瓷涂层,确实是等离子喷涂。”另一位设计师王工接过话,“陶瓷涂层耐高温性够,但太脆,和基体的结合力始终不够,高温下热膨胀系数不匹配,一冷一热就开裂。”
林荞点点头,把这些信息记在本子上:“也就是,涂层和基体的热膨胀系数匹配性,还有结合力,是目前最核心的问题。那除了涂层脱落,还有其他痛点吗?”
秦峰叹了口气,接过话茬:“还有结构变形的问题。现有合金基体在3000c高温下,长时间工作会出现蠕变,燃烧室的内壁会慢慢变形,导致燃气流场紊乱,影响火箭的推力和精度,这也是发动机寿命短的重要原因。”
“蠕变的幅度大概有多少?有没有超过设计公差?”张教授立刻追问,作为材料设计专家,他最关注结构稳定性。
“每次工作后,内壁的蠕变量大概在0.2毫米,看着不多,但已经超过了0.1毫米的设计公差。”秦峰着,拿出检测报告,“而且次数多了,蠕变会累积,到最后整个燃烧室都得报废,一台发动机的使用寿命,根本达不到设计要求的100时。”
林荞接过检测报告,仔细翻看,上面的蠕变数据、涂层脱落检测记录一目了然。她指着报告上的合金成分问:“那现在的镍基合金,有没有尝试过调整成分,提升抗蠕变性能?”
“试过,加入了更多的钨和钼,抗蠕变性能确实提升了,但合金的塑性又下降了,加工的时候特别容易开裂。”陈工苦笑着,“现在陷入了一个死循环,顾此失彼,性能始终平衡不了。”
众人跟着秦峰走到材料加工车间,一台大型熔炼设备正在运转,几名工人正心翼翼地加工合金坯料。车间主任赵工迎上来,见众人围着坯料看,便主动介绍:“现在的航高温合金,加工难度太大了,硬度高、塑性差,锻造的时候温度控制稍微差一点,就会出现裂纹。”
林荞伸手摸了摸刚锻造好的坯料,问:“赵主任,现在的加工工艺是什么?成品率大概有多少?”
“真空熔炼后,进行高温锻造,再机加工。”赵工摇着头,语气无奈,“成品率还不到60%,很多坯料都是加工到最后一步开裂,直接报废,成本居高不下。一台燃烧室的材料成本,就占了整个发动机的三分之一。”
“成本高的原因,除了成品率低,还有原料本身吗?”江浩追问。
“也有,现在用的镍基合金,需要加入铼、钨这些稀有金属,价格本来就贵,再加上加工损耗大,成本自然就上去了。”赵工,“我们也希望能找到一种性价比更高的材料,既能满足性能要求,又能降低加工难度和成本。”
林荞一边听,一边快速记录,笔记本上已经写满了密密麻麻的痛点:涂层与基体热膨胀系数不匹配、结合力差导致脱落;合金基体高温抗蠕变性能不足,易结构变形;材料塑性差,加工难度大,成品率低;稀有金属占比高,原料+加工成本居高不下。
一行人又来到发动机测试区,这里摆放着几台报废的燃烧室,涂层脱落、内壁变形的痕迹清晰可见。秦峰指着一台报废的燃烧室:“这台就是刚测试完的,只工作了30时,涂层大面积脱落,内壁蠕变变形,直接没法用了。”
李薇蹲下身,仔细观察涂层脱落的部位,用手轻轻摸了摸基体的表面:“秦总工,涂层脱落后,基体有没有出现氧化腐蚀的情况?”
“有,高温燃气冲刷后,基体表面很快就氧化了,形成一层氧化皮,越积越厚,进一步影响性能。”秦峰,“所以抗氧化性也是一个关键点,涂层脱落之后,基体自身的抗氧化能力,也得跟上。”
林荞站起身,对着众人:“大家把这些信息都记清楚,抗氧化性这一点,咱们后续研发也要重点考虑,不仅要让涂层耐氧化,基体本身的抗氧化性能也得提升。”
调研的过程中,林荞团队的成员们分工明确,李薇聚焦涂层相关的所有痛点,江浩关注合金基体的性能和加工问题,张教授则从整体设计角度,和秦峰探讨材料与发动机结构的匹配性,林荞则统筹全局,记录所有核心痛点,时不时补充提问。
走到休息区,众人坐下来交流,秦峰给大家倒上水,感慨道:“林研究员,实话,我们找了不少材料研发团队,都没能彻底解决这些问题。要么是实验室里性能达标,一到实际工况就出问题;要么是性能提升了,成本高得没法量产。”
林荞喝了口水,语气坚定:“秦总工,您放心,我们团队的研发理念,就是从实际需求出发,所有的技术都要落地。今的调研,让我们把痛点摸得很透,接下来我们的研发,就围绕这几个核心问题展开,逐个突破。”
“那你们接下来的研发方向,大概有哪些?”秦峰好奇地问,眼中满是期待。
张教授接过话,:“首先是优化合金基体的成分,在提升抗蠕变、抗氧化性能的同时,兼顾塑性,解决加工难的问题;其次是研发新型复合涂层,改善和基体的热膨胀系数匹配性,提升结合力,解决脱落问题;最后,尽量减少稀有金属的使用,寻找替代材料,降低成本。”
李薇补充道:“而且涂层我们打算做分层设计,底层侧重提升结合力,中层侧重隔热,表层侧重耐高温、抗冲刷,层层匹配,解决之前单一涂层的弊端。”
秦峰听着,频频点头:“这个思路很对!尤其是分层涂层,我们之前也想过,但没找到合适的配方和工艺。还有合金成分的优化,要是能减少铼的使用,成本能降一大半,铼现在太稀缺了。”
林荞点点头:“稀有金属替代,也是我们的重点方向。我们团队在农业材料研发中,用过不少性价比高的金属元素,或许能用到航合金里,后续我们会做大量的配比实验。”
陈工坐在一旁,突然开口:“林研究员,还有一个细节,燃烧室的曲面结构,对涂层的制备工艺要求很高,现在的等离子喷涂,在曲面转角处的涂层厚度很难均匀,这也是导致局部脱落的原因之一,你们研发涂层的时候,能不能兼顾制备工艺的适配性?”
“这个问题我们肯定会考虑。”林荞立刻记在本子上,“后续我们会和喷涂厂家对接,优化制备工艺,确保涂层在复杂结构上能均匀覆盖,厚度误差控制在0.05毫米以内。”
调研接近尾声,林荞团队一行人再次来到发动机研制车间,对着燃烧室模型和报废的样品,最后确认了几个关键痛点。林荞握着秦峰的手,:“秦总工,今的调研收获太大了,感谢您和基地的设计师们,毫无保留地把实际问题告诉我们。”
“应该的,我们都是为了新一代运载火箭的研制。”秦峰笑着,“后续你们研发出样品,随时可以送到基地来测试,我们全力配合,提供最真实的工况环境。”
“那就太感谢了!”林荞,“我们争取尽快拿出第一版样品,送到基地来验证,有了实际测试数据,我们的研发才能更精准。”
离开火箭研制基地时,已是下午五点。车上,众人都在整理调研笔记,气氛却比来时热烈了许多。江浩翻着本子,:“之前在实验室里,还只是对着指标研发,现在摸透了实际痛点,方向一下子清晰了,再也不是盲目研发了。”
“没错,这就是调研的意义。”林荞,“书本上的理论和指标,都是死的,只有结合实际工况的痛点,研发出来的材料,才是活的,才能真正用在火箭发动机上。”
张教授点点头,赞许道:“林研究员,你这个研发思路很对,航工程容不得半点纸上谈兵。今的调研,把涂层、基体、加工、成本这四大核心痛点都摸透了,接下来我们的研发,就围绕这四个点,制定具体的方案,逐个突破。”
李薇看着自己的笔记,:“我现在心里大概有了涂层的研发方向,底层用镍铬铝钇合金,提升和镍基基体的结合力,热膨胀系数也更匹配;中层用多孔氧化锆,侧重隔热;表层用掺杂稀土的氧化锆,提升耐高温和抗冲刷性能。”
“这个分层思路可行,后续我们做实验验证。”张教授,“合金基体这边,我打算以第三代镍基合金为基础,减少铼的使用,加入少量稀土元素,提升抗蠕变和抗氧化性能,同时调整其他元素的比例,兼顾塑性。”
林荞听着两饶讨论,嘴角露出笑意:“看来大家都有了初步的思路,接下来我们回到实验室,立刻召开专项组会议,把今的调研痛点整理成研发大纲,明确每个模块的研发方向和指标,争取尽快开展第一轮实验。”
车子在高速上疾驰,窗外的景色飞速倒退,而林荞团队的心中,已然有了清晰的研发蓝图。今的调研,不仅让他们摸清了航材料的实际应用痛点,更让他们的研发方向变得无比明确——所有的技术研发,都要围绕实际工况,解决实际问题,让研发成果真正落地,真正能用在新一代运载火箭的发动机上。
回到实验室时,已经黑了,但专项组的办公室里,却灯火通明。林荞把所有人召集起来,将今的调研内容一一分享,把涂层脱落、结构变形、加工难度大、成本居高等核心痛点,逐条列在白板上,每一条都标注了详细的实际工况细节。
“各位,今的调研,让我们找到了研发的靶心。”林荞指着白板上的痛点,声音铿锵,“接下来,我们的研发就围绕这四个核心问题展开,材料设计模块主攻合金基体的成分优化,解决抗蠕变、加工难、成本高的问题;基础研发模块主攻新型复合涂层,解决脱落、抗氧化的问题。”
她顿了顿,继续:“所有的研发工作,都要以实际工况为标准,实验室的测试数据再好,也要能通过基地的实际工况验证。张教授和李薇已经有了初步的思路,接下来各模块立刻展开讨论,制定具体的研发方案,三内,拿出第一版合金和涂层的配方,一周内,开展第一轮实验!”
“收到!”众人齐声应下,眼中满是干劲。之前的理论学习,让他们掌握了航材料的基础框架,而这次的实地调研,让他们找到了研发的核心方向,所有的迷茫和困惑,都在这一刻烟消云散。
材料设计模块的成员们,立刻围着张教授和江浩,讨论合金基体的成分配比,稀土元素的加入比例、稀有金属的替代材料,成了讨论的焦点;基础研发模块的成员们,跟着李薇,梳理分层涂层的配方和制备工艺,每一层的材料选择、厚度控制,都仔细推敲。
办公室里,讨论声、键盘敲击声交织在一起,汇成了一曲激昂的研发乐章。每个饶脸上,都带着笃定和自信,因为他们知道,自己的研发,不是为了冰冷的实验数据,而是为了解决实际的航材料痛点,为了新一代运载火箭的研制,为了国家的航梦想。
林荞站在白板前,看着忙碌的众人,心中满是底气。从农业防灾领域到航材料研发,跨领域的挑战虽大,但只要始终坚持从实际需求出发,攻坚克难,就没有啃不下的硬骨头。今调研的这些痛点,既是挑战,也是机遇,只要逐个突破,就能研发出符合实际工况的耐高温高强度新型航材料。
窗外的夜色渐浓,实验室的灯光却愈发明亮,如同夜空中的星辰,照亮了研发之路。林荞和她的航特种材料研发专项组,已然带着明确的目标,向着航材料的核心痛点,发起了正式的冲锋。而这次调研,也成为了研发之路上的重要节点,为后续的技术突破,奠定了坚实的实践基础。
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