调研归来的当晚,航天特种材料研发专项小组的会议室灯火通明,白板上贴满了调研痛点清单,林荞站在台前,开门见山:“今天把大家聚在一起,核心是结合调研结果和咱们的技术优势,敲定最终的研发方向,所有人都要畅所欲言。”
张仲谋教授率先起身,指着白板上的“高温蠕变、结构变形”痛点:“从调研来看,合金基体是根本,现有镍基合金抗蠕变性能不足,我的意见是以第三代镍基高温合金为基材,这是目前航天领域的主流,基础性能有保障。”
林荞点头附和,转头看向众人:“张教授的思路和我不谋而合,咱们团队虽深耕农业材料,但在金属合金成分优化上有积累,这一点能和航天基材研发结合。江浩,你跟着张教授做材料设计,说说你的看法。”
江浩推了推眼镜,翻开笔记本:“第三代镍基合金的基础成分是镍、铬、钴,我认为可以针对性添加铼、钨元素,这两种元素的高温稳定性强,能直接提升合金的高温强度和抗蠕变性能,刚好解决基体变形的问题。”
“但铼是稀有金属,价格高,之前基地的设计师也说过,原料成本居高不下是痛点。”陈阳立刻提出顾虑,“咱们调研时明确要控制成本,添加铼会不会让后续量产难度加大?”
众人瞬间陷入思考,王坤研究员接过话:“陈阳考虑得很到位,航天材料不仅要性能达标,还要兼顾量产性。我的建议是少加铼,用铌、钽等性价比更高的稀有金属做辅助,既提升性能,又控制原料成本。”
张教授眼前一亮,拍了下桌子:“这个思路好!铼的添加量控制在3%以内,主要起核心强化作用,再加入2%的铌和1.5%的钽,弥补抗蠕变性能,这样既保留了高强度,又能大幅降低稀有金属的占比。”
林荞立刻在白板上写下“镍基基材:Ni-Cr-Co基础+Re(≤3%)+W+Nb+Ta”,对着众人说:“合金成分的大方向就定这个,材料设计模块接下来重点做配比实验,找到性能和成本的最佳平衡点,这是第一个核心方向。”
话音刚落,李薇便起身走到白板前,指着“涂层脱落、抗氧化性差”的痛点:“基体定了,涂层就是第二个核心方向。调研发现现有陶瓷涂层和基体结合力差、热膨胀系数不匹配,咱们可以发挥纳米涂层的技术优势。”
“纳米涂层?具体怎么设计?”张教授追问,“航天涂层要求隔热、耐高温、抗冲刷,单一层面的纳米涂层怕是满足不了所有要求。”
“我打算做双层陶瓷纳米涂层,分层设计,各司其职。”李薇翻开自己的研发思路,“底层用镍铬铝钇纳米陶瓷涂层,和镍基基体的热膨胀系数接近,能大幅提升结合力,解决脱落问题;表层用掺杂稀土的氧化锆纳米涂层,提升耐高温和抗氧化性。”
林荞听得仔细,插话道:“咱们团队在农业农机高温涂层研发中,做过陶瓷纳米涂层的附着力优化,这个技术积累正好能用在航天涂层上,李薇,你这个思路把咱们的优势发挥到了极致,这就是跨领域研发的价值。”
王坤研究员点点头,补充道:“双层涂层的设计很合理,但要注意涂层的厚度控制,调研时基地说过,燃烧室曲面结构的涂层厚度误差不能超过0.1毫米,纳米涂层的制备工艺精度高,刚好能满足这个要求。”
“而且纳米涂层的隔热性比普通陶瓷涂层好30%以上,能有效降低基体的实际受温温度,间接提升基体的抗蠕变性能。”李薇继续说,“表层掺杂稀土元素铈,还能进一步提升涂层的抗燃气冲刷能力,解决调研中发现的局部脱落问题。”
众人纷纷点头,陈阳又提出新的问题:“涂层和基体的制备工艺都定了,那加工工艺呢?调研时基地说现有材料塑性差,加工成品率不到60%,这个问题怎么解决?”
这个问题戳中了关键,会议室里短暂安静后,张教授开口:“这就要在合金成分优化的同时,兼顾塑性。我们可以在合金中加入少量钛、铝元素,不仅能提升合金的高温强度,还能改善塑性,让材料更容易锻造、机加工。”
“还有制备工艺的简化。”林荞补充道,“现有航天高温合金的制备是‘真空熔炼+多次高温锻造’,工序复杂,损耗大。咱们可以优化工艺,采用‘真空感应熔炼+一次等温锻造’,减少锻造次数,提升成品率,同时降低加工成本。”
江浩立刻记录:“等温锻造的温度控制很关键,咱们可以通过实验找到最佳锻造温度,既保证合金的组织结构均匀,又能减少加工过程中的裂纹产生,提升成品率到80%以上应该没问题。”
“这是第三个核心方向,也是咱们研发的亮点——简化加工工艺,降低成本。”林荞在白板上写下三个核心方向,“镍基高温合金基材优化、双层陶瓷纳米涂层、简化制备加工工艺,三者相辅相成,形成完整的研发体系。”