首轮实验的失败总结会刚结束,张仲谋教授便捏着合金相图走到白板前,抬手擦掉之前的配比数据,沉声道:“单一元素强化的思路走不通,咱们换个方向——多元素协同调控,这才是破解强度和脆性矛盾的关键。”
林荞立刻凑上前,指着相图上的元素交互区域:“张教授,您具体说说,哪些元素搭配能实现协同?铼的脆性是硬伤,该用什么元素来中和?”
“铼、钽、铌这三种元素搭配最合适。”张教授拿起笔标注出三个元素符号,“铼主打高温强度和抗蠕变,钽能细化合金晶粒提升塑性,铌则能形成稳定的碳化物强化晶界,三者相互制衡,既能提强度,又能降脆性。”
江浩翻着元素性能手册,点头附和:“我查过数据,钽和铌都是低脆性强化元素,和镍基合金的相容性极好,而且不会像钨那样加剧脆性,这三种元素协同,确实比单一加铼靠谱。”
李薇却皱着眉提出顾虑:“三种元素同时加,配比把控难度会翻倍,稍有偏差就会出现元素偏聚,反而影响性能。而且咱们要控制成本,这三种元素的总添加量不能太高。”
“你考虑得很到位,所以核心是‘低含量精准配比’。”张教授在白板上写下核心原则,“铼的含量定在3%以内,钽和铌控制在1%-2%,总强化元素占比不超过6%,既保证协同效果,又不超成本预算。”
林荞当即拍板:“就按这个思路来!李薇,你带着实验团队设计20组不同配比的方案,铼从2.5%到3%梯度递增,钽和铌在1%-2%交叉组合,今天之内把方案定好,明天一早启动第二轮实验。”
“收到!”李薇立刻召集实验团队,围在电脑前设计配比方案,赵宇一边录入数据一边说:“20组方案,每组都要做熔炼、热处理、拉伸测试,工作量不小,看来接下来几天得连轴转了。”
“航天研发没有轻松的活,咬咬牙扛过去。”李薇盯着屏幕上的配比表,“每组数据都要精准到小数点后一位,原料称重误差不能超过0.01g,细节决定成败。”
次日清晨,研发实验室的真空熔炼区便进入满负荷状态,20组合金原料按配比依次称重、混合,送入真空熔炼炉。林荞一早便来到实验室,看着操作台上整齐摆放的原料瓶,对陈阳说:“综合协调组把后勤跟紧,实验员们要通宵做实验,餐食、休息区都安排好,不能让大家熬垮了。”
陈阳笑着点头:“放心吧林姐,休息室的折叠床、饮用水、速食都备齐了,设备也提前做了全面检修,保证实验不中途掉链子。”
第一组实验试样出炉时,已是深夜十一点,试样经等温锻造和热处理后,被立刻送到高温拉伸测试区。王坤研究员早已调试好设备,炉膛温度稳定在3000c,见李薇团队送样过来,立刻起身:“先测第一组,铼2.5%、钽1%、铌1%,这组是基础配比,先摸个底。”
试样被夹入试验机,所有人都围在显示屏前屏息等待。拉力数值缓缓攀升,从600mpa到700mpa,再到750mpa,试样始终没有断裂,延伸率也稳定在2.8%。
“没断!延伸率比首轮实验高了一倍多!”赵宇激动地大喊,“抗拉强度760mpa,虽然还没到800mpa,但脆性问题明显改善了,这思路真的管用!”
李薇长舒一口气,紧绷的脸上露出一丝笑意:“至少证明多元素协同的方向是对的,接下来重点提升铼的含量,同时微调钽和铌的配比,把强度往上提。”
接下来的两周,研发实验室彻底进入“通宵模式”,熔炼区的机器24小时不停运转,测试区的高温拉伸试验机每隔两小时就完成一组试样测试,实验员们三班倒,累了就在休息室的折叠床上眯一小时,醒了立刻继续干活。
某天凌晨三点,林荞巡岗时发现李薇正蹲在熔炼炉旁记录数据,眼下的黑眼圈格外明显,便递过一杯温咖啡:“歇会儿吧,看你这状态,再熬就要扛不住了。”
“没事,还有5组试样就测完了,现在歇功亏一篑。”李薇接过咖啡,指着屏幕上的数据,“刚测的铼2.8%、钽2%、铌1%那组,强度到了780mpa,延伸率3.2%,离目标就差一步了。”
正说着,张教授也披着外套走进实验室,手里拿着演算纸:“我算了一晚上,铼3%、钽2%、铌1%这个配比,元素协同效果应该是最佳的,铼拉满强度,钽和铌精准中和脆性,你们接下来重点测这组。”
李薇立刻安排实验员启动这组配比的熔炼,赵宇揉着发红的眼睛,小心翼翼地称取原料:“3%铼、2%钽、1%铌,这组是咱们最后的希望了,一定要精准。”
原料熔炼、等温锻造、1180c固溶处理+两次时效处理,整套流程下来,已是第二天中午。当这组试样被送到测试区时,实验室里的所有人都放下了手头的工作,围到了高温拉伸试验机旁。
王坤研究员按下启动键,炉膛开始升温,显示屏上的温度数值一路攀升,最终稳定在3000c。“恒温保温30分钟,模拟发动机燃烧室的实际工况。”王坤的声音打破了实验室的寂静。
30分钟后,拉伸测试正式开始,拉力数值从0开始稳步上升,700mpa、750mpa、800mpa……当数值突破800mpa时,实验室里响起一阵低低的欢呼,而试样依旧保持着稳定的拉伸状态,没有丝毫断裂的迹象。
“到820mpa了!延伸率3.5%!”赵宇紧盯着数据显示屏,声音带着抑制不住的激动,“试样没断,塑性完全达标,这组配比成了!”
当拉力数值达到830mpa,试样才出现轻微的颈缩,最终断裂时,延伸率定格在3.4%,远高于航天材料要求的2%塑性标准。王坤立刻打印出检测报告,指着上面的曲线说:“看这拉伸曲线,塑性阶段明显,没有首轮实验的脆性断裂特征,各项指标都达标了!”
李薇拿着检测报告,手指轻轻拂过数据栏,眼眶微微发红:“两周的通宵没白熬,20组实验,终于找到最优配比了!”
江浩接过报告,和张教授一起核对数据:“铼3%、钽2%、铌1%,这个配比下,合金的高温强度、抗蠕变、塑性都达到了最佳平衡,而且总强化元素占比只有6%,成本完全在预算内。”
林荞拿着报告,走到窗边拨通了航天局周建斌总工的电话,语气难掩激动:“周总工,好消息!我们找到了镍基合金的最优配比,3000c下抗拉强度830mpa,延伸率3.4%,强度和塑性都达标了!”
电话那头的周总工也格外兴奋:“太好了林荞!你们果然没让人失望,这一步突破太关键了,接下来涂层研发就能跟上了,新一代运载火箭的材料瓶颈,终于有了突破口!”
挂了电话,林荞转身看向实验室里的众人,抬手鼓掌:“大家辛苦了!两周通宵奋战,20组实验反复试错,我们终于攻克了合金基体的性能矛盾,这是咱们专项小组的第一个重大突破!”
掌声在实验室里久久回荡,实验员们脸上都露出了疲惫却欣慰的笑容,赵宇揉着酸痛的肩膀说:“虽然熬得快睁不开眼,但看到数据达标的那一刻,感觉一切都值了。”
张教授走到白板前,在最优配比旁画了一个大大的对勾:“这只是第一步,合金基体达标了,接下来还要和涂层配套测试,看涂层和基体的结合力,以及整体的耐高温、抗冲刷性能,但这一步,我们走稳了。”
“没错,接下来的重点是涂层研发。”李薇收起检测报告,“合金基体的最优配比已经确定,我会立刻把试样送到涂层研发区,开始制备陶瓷纳米涂层,争取尽快完成基体+涂层的整体测试。”
林荞点点头,对着众人说:“大家今天下午轮班休息,养精蓄锐,晚上召开涂层研发推进会,把合金基体的测试数据同步给涂层团队,明天一早启动涂层与基体的配套实验。记住,我们的目标是研发出能落地的航天材料,每一步都要稳扎稳打。”
下午的实验室终于迎来了短暂的平静,疲惫的实验员们在休息室里沉沉睡去,而林荞、张教授、李薇和江浩却没有休息,围在会议桌前分析合金基体的测试数据,为后续的涂层研发做准备。
江浩指着合金的微观组织照片:“你们看,这组配比的合金晶粒均匀,没有元素偏聚,晶界也很致密,这为涂层结合提供了很好的基础,涂层的附着力应该会不错。”
“接下来涂层制备要重点注意和基体的热膨胀系数匹配。”李薇说,“镍基合金的热膨胀系数是12x10^-6/c,我们的陶瓷纳米涂层要把热膨胀系数控制在11-13x10^-6/c,避免高温下出现热应力开裂。”
张教授补充道:“涂层喷涂时的温度也要把控好,不能超过合金的回火温度,否则会影响基体的性能,等离子喷涂的功率要调低,采用低速慢喷,保证涂层均匀覆盖。”
夜幕降临,休息后的实验员们精神饱满地回到实验室,涂层研发推进会准时召开。当李薇把合金基体的最优配比和测试数据公布时,涂层团队的成员们都欢呼起来,研发工程师小周说:“基体这么给力,我们涂层团队也不能拖后腿,一定尽快拿出配套的涂层方案。”
林荞看着士气高昂的众人,心中满是感慨。从首轮实验的全面失败,到引入多元素协同调控思路后的突破,这两周的通宵奋战,不仅让他们找到了最优的合金配比,更让整个专项小组的凝聚力变得更强。
这支从农业防灾领域走出的科研团队,或许没有顶尖的航天研发背景,但他们有着不怕失败、敢试敢闯的韧劲,有着脚踏实地、精益求精的态度,而这,正是航天研发最需要的品质。
次日一早,涂层研发区便正式启动了陶瓷纳米涂层的制备实验,最优配比的镍基合金试样被送入等离子喷涂设备,掺杂稀土的氧化锆纳米涂层缓缓覆盖在试样表面。林荞站在喷涂设备旁,看着试样慢慢成型,眼中满是期待。
合金基体的突破,是航天特种材料研发的关键一步,而接下来的涂层与基体配套测试,又将是一场新的挑战。但林荞和她的团队早已做好了准备,他们知道,航天研发的道路上没有捷径,唯有脚踏实地、攻坚克难,才能一步步接近目标。
而“多元素协同调控”这一思路的成功,不仅为镍基高温合金的研发提供了新方向,更让他们坚信,跨领域的技术融合和创新,总能在看似无解的难题中,找到突破的曙光。接下来,他们将带着这份突破的底气,向着涂层研发和整体性能测试发起新的冲锋,为新一代运载火箭的研制,筑牢材料基础。