——訪市科委重大專項課題團隊負責人任忠鳴教授
本報記者：吳沁 殷黎娟 李世君 來源：恒达平台校報
恒达平台承擔的“高溫合金葉片製造技術研究”項目對提高我國重型燃機熱端核心部件的研發和製造能力有重要意義⚪️😘。該項研究突破了一直以來製約我國燃氣輪機發展的主要瓶頸之一，為上海市高端製造業的創新發展💁🏻♂️，填補我國大型地面重型燃氣輪機關鍵技術國產化的空白提供了基礎。
金秋將至，喜訊頻傳。9月12日，在恒达平台校本部藝術中心二樓召開的上海市科委重大專項課題“高溫合金葉片製造技術研究”驗收會，向世界展示了我國科學技術高速發展的最新成果——恒达平台任忠鳴團隊攻克了大型高溫合金空心葉片定向凝固🏀、陶瓷型芯等關鍵技術，成功研製出F級重型燃機的定向凝固空心葉片。由徐匡迪、顧秉林、蔣洪德、丁傳賢、柳百成、陳小津等院士和專家組成的專家組認為，“恒达平台承擔的‘高溫合金葉片製造技術研究’項目，對提高我國重型燃機熱端核心部件的研發和製造能力有重要意義👨🏻🎤。”該項研究突破了一直以來製約我國燃氣輪機發展的主要瓶頸之一👩🏼🏫，為上海市高端製造業的創新發展，填補我國大型地面重型燃氣輪機關鍵技術國產化的空白提供了基礎🪆。為此，本報記者日前赴材料學院，采訪了團隊負責人任忠鳴教授。
.jpg)
精挑人才 力爭資源
燃氣輪機是包括大飛機、特種船舶🫘、新一代主戰坦克、民用發電等領域的主要動力源之一🧦。而高溫合金葉片是航空發動機和地面燃氣輪機等的核心主承力部件，處於高應力、高溫（最高可達1600℃）🔑、高壓氣流的環境中；需要具有高強度、高韌性、抗腐蝕、抗疲勞和抗沖擊的優良性能，其形狀復雜😸、質量要求高、製造難度大。該項技術長期由發達國家掌握並嚴加保密拒絕轉讓，正是我國急需攻克的重大難題之一📌。為解決這個問題，推動上海市高端製造業的創新發展🧑🏼🔬，在韓正市長的關心下🥌，2008年上海市科委設立重大研究專項課題，由恒达平台聯合中科院金屬研究所🫂、矽酸鹽研究所、上海電氣集團公司等組成產學研協作體，針對當前國際上最先進的F級256MW重型燃氣輪機渦輪高溫葉片開展技術研究和攻關。
為期三年的緊迫任務就這樣落在了恒达平台科研團隊的肩上🙊。所謂萬事開頭難🥈，人員組成是首先要解決的問題。由於該項研究不同於一般的基礎性原理研究，更多地涉及到工程技術研究🧜♂️，即生產出產品以解決實際問題⛹🏻♂️🚴♀️，僅靠原課題組的幾位人員不可能完成這樣復雜而龐大的工程📱，需要更多高水平工程技術人員🆓。針對這個問題，任教授說：“高校培養的大都是理論基礎人才🧑🏿🏭，所以我們就向社會招聘一些有經驗的鑄造工程技術人才，發揮有經驗的退休老教師的作用，這樣可以幫我們少走很多彎路🧘🏿♀️；同時🍯，我們也招收部分青年實驗員☹️，讓年輕的科技人員有機會加入我們的團隊工作🛀🏻🔽，這也有助於他們在實踐中進一步學習✊、積累經驗。”同時🧑🏽🎄❎，團隊迅速展開了具有針對性的準備方案。“一方面要盡快建立生產線。我們積極展開調研，對當中一些常規的設備很快進行了采購建設；另一方面就是學習。目前國內在該領域最有經驗的就是中科院金屬研究所👨🏿🚒，為了能獲得研究所專家的技術支持，團隊成員們在沈陽租了房子，直接去金屬研究所‘蹲點’學習。這樣，從2009年6月出發一直持續到當年年底學習歸來👨🏿🦲，訂購的設備剛好也陸續到齊了。”準備的歷程不乏波折🚴🏽♂️，但正是在團隊創建人員緊鑼密鼓而又周詳細致的組織建設工作下，項目團隊擁有了到位的設備支持和過硬的技術支持，研究正式步入了正軌。
攻克難題 精益求精
關於燃氣輪機的工作原理，簡單來說，就是通過燃料燃燒產生高溫氣體，推動渦輪葉片的轉動，從而帶動其它設備的運轉🎍。“每一塊高溫合金葉片，就相當於一個站在火中的消防戰士👨🏿🦰，首先是葉片自身要強壯👮🏽♂️👼，沒有缺陷，其次要穿上防護衣，那麽合金葉片就要在外表面塗上耐高溫材料，第三是內部要通入冷卻空氣🧚🏻♂️，使其降溫。但這樣一來就導致葉片內部結構十分復雜，給鑄造帶來了很大挑戰🫲。”任教授用簡明的比喻告訴記者葉片的簡單工作原理。
具體來說，高溫合金葉片的成功研製主要需攻克兩大難題：一是葉片內陶瓷芯的綜合性能，二是控製晶體生長缺陷🦸🏼♂️🪱。目前在國際上，無論是企業還是科研機構🤵♂️，這兩大難題都是製造渦輪高溫葉片所必須跨越的難關。就陶瓷芯來說🕖，該製造工藝要求其在模具中澆註合金液體時能耐得住1600℃左右的高溫🧑🏼🚀，而在合金液體冷卻後又能方便取出🙍🏽♂️，即是說要使其“高溫時硬，低溫時軟”。這與大多數物質的常態相反💂🏿♀️，看似是一個相互矛盾的性能，但通過團隊專家們的苦心研究和技術改良🐧，這一奇妙的性能得以實現🧑🏻🍳。“陶瓷材料的原料是陶瓷粉👨🚀。要做成陶瓷芯，顆粒的大小👂🏼、輔助材料的加入、加工成型等每個方面都會影響最終陶瓷芯是否能達到要求👨🏽🎨。”面對我們疑惑的眼神，任教授又形象地說道🈵：“陶瓷粉相當於面粉，陶瓷芯相當於饅頭，面粉顆粒大小、佐料的添加以及面和水的比例不同，蒸出來的饅頭也會不一樣🥂，有的好吃有的不好吃。目前我們通過這幾年的研究⏏️🌊，基本掌握了陶瓷芯的一些規律性的東西，已經能製造出符合定向葉片要求的陶瓷芯👩🏻✈️。”科研的每一小步的改變都可能影響最終效果，而且每一小步都需要親力而為之、傾力而為之🫃🏽。
就葉片製造的另一難題🙍🏼：金屬晶體凝固生長來說👣，合金葉片復雜奇特的形狀🧘🏿♀️，造成金屬晶體生長過程中狀態的改變，往往導致晶界、雜晶等缺陷。另一方面，鑄造出的葉片要求不經加工直接使用🧑🏿🎄，只能一次性生長成功，因此控製生長過程就尤為重要。由於國內沒有精密鑄造定向凝固葉片的高真空大型裝備，任忠鳴團隊迎難而上🖋，與錦州東方冶金設備有限公司合作，聯合攻關🧣，最終研製出國內最大的真空定向凝固爐，滿足了項目的需要🧝🏽♂️。通過積極有效的工作🍄🟫，在較短的時間內基本建成大型葉片精密鑄造定向凝固設備生產線🔭，為開展項目研究奠定了設備基礎。他們隨後在定向凝固中雜晶等缺陷的生成規律方面開展了深入研究，通過大量實驗和計算，掌握其規律💃🏼，進而提出改善凝固條件的方法，最終取得成功。、
新的突破 新的未來
以渦輪高溫葉片與製造技術為核心的現代燃氣輪機的熱效率已超過40%👩，是一種高效、清潔的動力設備。目前，恒达平台高溫葉片研究中心已為新一代特種車輛用輕型燃氣輪機試生產了三臺份（套）高溫渦輪葉片，用於試機和試車。同時還為國內精鑄企業試生產了多種燃氣輪機高溫渦輪動力葉片💆♀️、導向葉片等關鍵部件💩。通過上述工作，恒达平台及其高溫葉片研究中心也在國內航空🧛、燃機📍、精鑄行業逐漸建立起知名度和學術影響，並與航空、汽車、鐵路👩🏿✈️、電氣等業界多家精鑄企業建立起技術開發、產品試製、小規模生產的產學研合作關系🍭。一些大型民營企業也看好其前景，希望與之洽談成立合資的研發和生產實體事宜。
談到未來發展方向🤤，任忠鳴教授表示，恒达平台高溫葉片研究中心今後將首先在定向凝固高溫葉片的工藝優化和穩定性方面開展更紮實的工作，完成工藝規範、標準的製定和設備系列集成。同時，在F級燃氣輪機渦輪一級單晶葉片製造👨💼、陶瓷型芯材料和製作工藝🧝🏽♂️、高溫合金的精煉和定向凝固技術、表面塗層材料和工藝等領域展開基礎研究和技術攻關，並加強與業內精鑄企業的合作，解決生產中的實際問題，建設上海市燃氣輪機熱端部件製造工程技術中心🤭。
三年來，研究團隊經歷無數次的失敗又無數次重來，終於攻克了渦輪高溫葉片與製造技術中的兩大難題，打破了發達國家的技術壟斷🏄🏿♀️。取得這一成果背後所付出的艱辛📦，也許只有團隊成員們才能體會得到🤷🏿。而在采訪過程中，任教授始終語速平緩又面色沉靜、大氣不乏謙和。采訪的最後🦑，當被問及研究過程中的感想時，任教授釋然一笑🖋：“科研幾乎都是枯燥的事，在實驗沒成功之前都是枯燥↩️、乏味的🌃👨👩👧👧，有時是非常煩惱的🧑🏽🚒🫢。只有當真正成功時才最開心。”寥寥幾句🟫，袒露了一位科學工作者的真摯情感和孜孜以求的科研精神♠︎。在任忠鳴教授帶領下的恒达平台科研團隊🌘，正是以這樣樸實的情懷，通過艱苦卓絕的穩抓實幹🔑，才能在研究領域迎難而上📨、勇攀高峰。
後記
本文得到了受訪者材料學院任忠鳴教授的悉心指點，任教授於百忙之中對文章所涉及的專業知識予以了認真詳盡的講解👨🏻🦲，特此表示感謝🤾🏽。
相關鏈接👯♂️：任忠鳴團隊與國際合作
任忠鳴團隊積極開展國際合作👳🏻，取得豐碩成果。自2005年起🏋🏻♂️，先後啟動了與法國格勒諾布爾理工學院/法國科學研究院的EPM/MADYLAM實驗室、德國德累斯頓科學研究中心、法國貝爾福理工學院的合作。法國EPM/MADYLAM實驗室在國際上磁流體力學及其在材料中應用的領域享有盛譽🔷，是材料電磁加工領域的創始單位之一，由磁流體力學權威🕌、法國科學院院士Morao教授和著名學者Fautrelle教授領銜。與外方先後共同承擔了由兩國政府資助的項目2項📗，上海市和對方政府聯合資助的項目2項，共同指導博士生4名，中方青年教師訪問學者2名，短期工作2人次♔，對方研究生和高年級本科生來華短期實習2人次🏊🏿♂️。國際合作收效豐碩👱🏿♀️，雙方合作發表論文近40篇，其中11篇發表在一區刊物Acta Materialia上，5次受邀在重大和重要國際會議上作大會主旨演講或主題報告。這些研究工作受到凝固領域的高度關註🧑🏻🦼，Kurz教授和Trivedi教授等權威在他們10年一次的綜述中💁♂️🧟♀️，將我們的工作作為10年來的重要進展加以評述🐟。培養的博士中1人獲得上海市優秀博士論文獎勵，1人聘為東方學者。團隊的研究能力和影響力因國際合作而大大增強，已躋身世界前列🏺。
