哈尔滨工程材料与化工学院有一支“挑战杯”省赛金牌团队，自称“一个充满激情的爱国青年”。其主要成员是大二学生。经过一年的不断研究和突破，他们掌握了钼基高温合金复杂结构的快速成型技术，使钼基合金在高温下具有优异的强度和塑性，可广泛用于制造航空空发动机热端零件。目前该技术已与两家防热材料企业达成航空空发动机零部件800万元意向订单。项目成员基于钼合金相关研究发表SCI论文7篇，中文核心论文1篇，申请发明专利3项。
▲团队成员
在黑龙江省挑战杯的答辩现场
一直以来，国产C919飞机的发动机都是由美法合资的CFM公司制造的。由于国际形势的变化，这种发动机受到了美国的威胁。aero 空发动机一直是中国aero 空制造领域的短板。据统计，从1990年到2020年，因高温热部件强度和腐蚀引起的航空空事故超过40起，造成经济损失超过500亿人民币。
“缺乏满足航空航天要求的高性能高温合金，是国内航空航天空发动机研发亟待解决的问题。我们团队瞄准高性能高温合金的研发，想用自己的力量帮助国家的重型装备制造腾飞！”哈尔滨材料与化工学院大二学生郭讲述了自己团队研发的初衷，赢得了现场评委老师的阵阵掌声。大一新生成为RD队队长郭是超高温合金材料研发团队的发起人。大一的时候，华为芯片断货的消息引起了郭对材质性能的关注。材料专业简报一开始，他就注意到，像aero 空发动机、燃气轮机这样的重型机械，国内是可以自主设计的，但现有材料的性能达不到设计要求。抱着“为我国发展高性能高温合金材料”的想法，郭和同样对这个项目感兴趣的同学张斌一起，敲开了材料与化工学院高温合金方向张副教授办公室的门。
“当时我手头还有其他研究方向。高温合金材料方向刚起步，对本科生来说比较难。”张先生怕他们坚持不下去，认真地与郭和张斌交流了研究的初衷。“只要学生有想法、有兴趣、有热情做科研，学院都会无条件支持学生。”材料与化学工艺学院院长杨飘萍大力支持。
为了激励和支持学生做科研，材料与化工学院建立了“夯实基础、强调支持、促进成长、培养人才、回报社会”的“五位一体”人才培养机制。“强基础在大一为学生建立良好的专业基础；强调大二支持，学院给予大力有条件支持；三个阶段促进成长，通过科技创新和竞赛实现本科项目的价值；四级树人才，让学生通过读研或工作回归社会。”何鑫老师介绍，这种成长模式可以激发学生的科研兴趣，给予学生最大的科研支持，通过校企合作帮助科研成果转化，让学生的科研更有意义，更有价值。
一番交流之后，张看到了两个年轻人的气势。她决定做他们的本科生导师，并给了他们她关于钼基高温合金的研究资料。最后，她语重心长地告诫:“不要为了利益而做科研。只有你真正对研究感兴趣，你才会有足够的动力去完成它。”
一个人走，走得远。带着“爱国热情青年”的热情，郭与张斌、刘晋阳、蒋、一起组建了“钼光科技-超高温合金换料工”团队。
在团队中，郭和张斌负责项目最具挑战性的实验部分，共同协作进行文献查阅、方案论证、样品制备；刘金阳负责调查高温合金市场相关的分析文件；经济管理学院蒋，负责团队创业时的财务分析和股本结构预测；李嘉瑞负责与企业进行实践调研，深入了解当前高温合金生产企业的生产模式，为未来项目的开发做准备。
在分工明确的同时，郭作为项目负责人，对团队进行整体规划:“在我们团队里，最重要的是团结。我们不会因为任何问题指责对方，而是主动找出原因，互相帮助，互相支持。”就这样，一群志同道合的年轻人，怀着“为国家需要做点事”的愿望，开始研发钼基高温合金。
25组实验收获最佳新年礼物。钼是一种熔点极高、强度高、韧性好的金属，适用于极端工作环境，在高温环境领域有很大的应用价值。然而，钼基高温合金的成形制造极其困难，国内外研究很少。钼在室温下的脆性和高熔点使其结构难以形成。此外，aero 空发动机所需的复杂结构，传统的铸锻工艺无法生产。要将其应用于aero 空发动机、燃气轮机叶片等发动机设备，首先要解决的问题是钼基高温合金的复杂结构成形。
2021年寒假，张指派韩仁恒、尹宏亮两位研究生到团队介绍相关课题，并指导团队成员注册EI账号阅读相关文献。因为很多文档都是英文的，团队成员每天需要花很多时间翻译。“整个寒假我平均每天花五六个小时和张斌聊天，讨论文件的意义和用途，互相督促。”经过一个寒假的学习，郭阅读了80多份相关文件，包括一些全英文文件，团队成员在短短一个多月的时间里积累了近百份文件和资料。
▲郭下载并阅读了一些文件。
开学后，团队成员开始在研究生的指导下进行实验。起初，由于基础薄弱，缺乏实验经验，优化工艺参数的过程经历了无数次失败，每次得到的样品都非常疏松，密度差，对郭的信心打击很大。
▲打印不合格样品。再加上学术压力，团队的研究一度陷入停滞。然而，成员们没有放弃。在张的鼓励下，学期结束后的暑假，队员们又开始查阅文献。经过反复研究，他们找到了问题的症结所在:“一开始，我们磨的材料不够。钼粉熔点高，在粉末底部熔化不够，而硅粉直接在粉末顶部烧坏，导致最终产品出现小孔，实验失败。”这让团队成员意识到了多元素混合成型实验中充分研磨的重要性。
▲张斌和郭讨论实验
同时，张老师所在的研究团队哈尔滨工程大学先进材料成形与制造团队负责人姜教授为团队成员提供了外部能量场辅助的SLM技术。“外能场辅助SLM技术既能满足材料快速成型的要求，又能在零件成型过程中因外能场而使材料致密化，正好满足了航空航天零件的结构需求。”在江春风老师的激励下，团队成员重燃斗志，开始了一次又一次的优化研究。
SLM技术使用的激光束功率问题成为团队成员的另一个难点。过大的激光能量会严重烧伤弥散在金属钼粉末中起强化作用的硅和硼元素，而过小的激光能量又不能满足金属钼的熔化。因此，团队成员只能尝试调整激光功率和材料比例，以找到SLM技术的最佳参数。
▲郭正在实验室里观察SLM机的打印过程。找到合适的调试参数并不容易。团队先后测试了225组参数，但由于种种原因，成型的材料总是得不到。由于这个方向刚刚起步，没有相关部门的项目支持，张多方筹措资金，甚至自己支付了大量的研究经费。
在实验失败和资金短缺的双重压力下，郭感到十分沮丧，找到张交流实验进展。听到团队成员因为怕激光打印实验浪费钱而不敢大胆实验，张鼓励他们放手继续做下去。“不要害怕失败，找到失败的原因并解决它。新的失败也是进步。”一次次的失败，一次次的延续，张眼里看到的实验的艰辛。团队不屈不挠的精神也感动了她。“我支持他们，他们也在鞭策我。同学们的不懈坚持，让我对这个项目越来越有信心。”
2021年12月31日，其他同学已经离校，郭和张斌留在学校与研究生讨论确定SLM的最优参数。“当时我们最终确定的激光参数范围是230w-240w，但由于没有经过实验，大家的心都悬着。”
新年的第一天，郭把准备好的材料送到工厂印刷。很快，好消息传来，他们的材料首次成型成功！
▲最终形成整体样品。郭把这一版资料的照片发到团队的微信讨论组，整个群里都是加油的表情包。“拿回这个版本的材料后，我们很快用阿基米德排水法测量了密度，得到的密度大于97%。大家悬着的心突然落地了，我们的实验终于做好了！”经过一年多的实验，300多个小时的参数优化调整，这个高密度的钼合金样品无疑是他们收到的最好的新年礼物。
80万预售订单助力创业在后续实验中，团队成员在扫描显微镜的帮助下发现了玻璃状物质，最终分析为玻璃状硅酸盐层。硅硼酸盐层能有效抵抗氧气的向内渗透，阻碍基板的进一步氧化，也证明了板材的耐高温性能。高密度且耐高温性能优异的材料，是aero 空发动机需要的高温合金材料。▲发现耐高温流动玻璃层，材料耐高温性能优异。“仅仅获得钼基高温合金的材料是不够的。只有生产出真正耐高温的零件，并且能够形成完整的商业模式，才能推广我们的材料，才能真正落实到aero 空发动机的制造中。”得益于材料与化工学院的校企联合机制，张向郭推荐了两家专业生产热防护材料的企业。
▲打印成功的样品。与传统高温合金相比，钼基高温合金制成的零件可以承受更高的工作温度，同时在高温下也能保持良好的强度，从而提高了整个设备的使用安全性。受钼基高温合金优异性能的吸引，两家公司与团队签订了总额800万的钼基高温合金零部件预售订单。预计2022年底完成全部产品交付，并达成新一批订单销售协议。
▲钼技术团队打印燃烧室火焰环和涡轮导向叶片验证样品
▲郭在学校为“五四杯”比赛辩护。
谈到自己的科技经历，郭说，扎实的专业学习是科学研究的重要基石。大一期间，他以优异的学习成绩获得了国家奖学金。在刚刚结束的大二下学期，郭的十门必修课平均91.64分，在92个专业中排名第一。团队的其他成员，他们的学习成绩也一直保持在年级前列。“我们团队一直认为，学习和科技是相辅相成的。回归课本可以帮助我们找到问题的根源，科技的实践也可以帮助我们更深入地理解课本知识。”
▲郭笔录
“这不仅限于航空领域。希望我们的产品能应用在中国先进高性能舰船的燃气轮机、燃烧室等核心热端部件上，为中国先进装备的发展贡献力量，这是属于我们钼光科学家的，也是属于我们哈工大学生的。”郭介绍。下一步，团队将继续优化合金成分，并在今后的成形过程中进一步优化工艺流程，使钼基高温合金的应用范围更加广泛。
来源:哈尔滨工程大学作者|李守诚排版|方编辑|李编辑|霍平审核|陆东石金生
