攻克飞机新材料难题！哈工程“热血爱国小青年”达成800万订单意向！

哈工程材化学院有一支自称“热血爱国小青年”的“挑战杯”省赛金奖队伍，主要成员为大二本科生。他们用一年时间，不断钻研，突破自我，掌握了钼基高温合金复杂结构快速成形技术，该技术让钼基合金在高温中拥有优异的强度和塑性，可广泛应用在航空发动机热端部件制造。目前，该技术与两家热防护材料企业达成了共计800万元的航空发动机零件意向订单，项目成员基于钼合金相关研究发表了7篇SCI论文，1篇中文核心论文，申请3项发明专利。

▲团队成员（左张斌、中郭政佑、右李佳睿）

在挑战杯黑龙江省赛答辩现场

2014年5月，习近平总书记在视察中国商飞设计研发中心参观C919大飞机时指出：“把大飞机搞上去，我们一定要有自己的大飞机。”

一直以来，国内C919大飞机的发动机使用的是由美法合资的CFM公司生产的发动机，由于国际局势的变化，该发动机曾受到美国的断供威胁。航空发动机一直是我国在航空制造领域的短板，据统计，1990年至2020年间，因高温热端部件强度问题和腐蚀问题引发的航空事故有40余起，造成经济损失达500余亿人民币。

“缺乏符合航发要求的高性能高温合金，是国产航空发动机研发急需解决的问题。瞄准高性能高温合金研发，我们团队想用自己的力量助力国之重器制造腾飞！”在“挑战杯”黑龙江省大学生创业计划竞赛答辩现场，哈工程材化学院大二学生郭政佑谈起自己团队的研发初衷，赢得现场评委老师掌声一片。

大一新生成为研发团队负责人

郭政佑是超高温合金材料研发团队的发起人。刚上大一时，华为芯片断供的消息引起了郭政佑对材料性能的关注。开学初的材料专业讲解会上，他注意到航空发动机、燃气轮机等重型机械，国内都可以自主设计，但现有材料性能满足不了设计要求。

抱着“想要为国家研发出高性能的高温合金材料”这一想法，郭政佑与同样对这个项目感兴趣的同学张斌一起，敲开了材化学院高温合金方向张贺新副教授办公室的门。

“当时我手头还有其他的研究方向，高温合金材料这个方向刚刚起步，对于本科生来说是比较难的。”怕他们不能坚持下去，张贺新老师与郭政佑和张斌认真交流了研究初衷。“只要学生有想法、有兴趣、有热情做科研，学院会无条件地支持学生。”材化学院院长杨飘萍大力支持。

为了启发、扶持学生做科研，材化学院建立了“强根基、重扶持、促生长、树人才、报社会”的“五位一体人才培养机制”。“大一阶段强根基，为学生建立良好的专业基础；大二阶段重扶持，学院给予强有力的条件扶持；大三阶段促生长，通过科创和竞赛让本科生项目实现价值；大四阶段树人才，让学生通过读研或者工作回报社会。”张贺新老师介绍道，这种成长模式可以在激发学生科研兴趣的同时，给予他们科研工作最大的支持，通过校企合作帮助科研成果转化落地，使学生的科研做到更有意义、更有价值。

一番交流，张贺新看到了两个年轻人的冲劲。她决定担任他们的本科生导师，并将自己关于钼基高温合金的研究资料交给他们。最后，她语重心长地告诫：“不要为了利益做科研，只有对研究真的感兴趣，你们才有足够的动力去完成它。”

独行快，众行远。带着“爱国热血青年”的冲劲，郭政佑联合张斌、刘锦洋、姜丰磊、李佳睿成立了“钼光科技——超高温合金材料变革者”团队。

在团队里，郭政佑和张斌负责项目最具挑战性的实验部分，分工配合进行文献查阅，方案论证，样品制备；刘锦洋负责调查高温合金市场相关的分析文件；来自经管学院的姜丰磊负责团队创业时的财务分析和股本结构预测；李佳瑞负责同企业进行实际调研，深入了解目前高温合金生产企业的生产模式，为未来项目的发展做好准备。

分工明确的同时，郭政佑作为项目负责人对团队进行整体统筹：“在我们团队，最重要的就是团结。出现任何问题我们都不会互相责备，而是主动查找原因，互相帮助、互相扶持。”就这样，一群志同道合的年轻人，带着“为国家需求干点事”的愿望，开始着手钼基高温合金的研发。

225组实验收获最好的新年礼物

钼是一种熔点极高的金属（2620℃），强度高、韧性好，适合极端工作环境，在高温环境领域中极具应用价值。

但钼基高温合金的成形制造难度极高，国内外研究较少。钼金属的常温脆性以及高熔点，让它的结构成形并不容易，再加上航空发动机要求的结构复杂，使用传统的铸造锻造工艺无法生产出达到航发需求的复杂结构。要想将其应用于航空发动机、燃气轮机叶片等发动机装备，首先需要解决的问题就是钼基高温合金复杂结构成形问题。

2021年寒假，张贺新为团队指派了韩仁恒和尹红亮两位研究生介绍相关课题，指导团队成员注册EI账号阅读相关文献。因为很多文献是全英文，团队成员每天需要花费大量时间翻译文献，“我整个寒假平均每天要和张斌语音通话五六个小时，探讨文献的意思和用途，互相监督、互相督促。”一个寒假的学习后，郭政佑阅读了包括部分全英文文献在内的80余篇相关文献，团队成员更是在短短1个多月便累积阅读了近百篇文献和资料。

▲郭政佑下载阅读的部分文献

开学后，团队成员开始在研究生的指导下进行实验。一开始，由于基础薄弱，实验经验不足，工艺参数优化的过程中，经历了无数次的失败，每次得到的样品都非常松散，致密度很差，这对郭政佑的信心打击很大。

▲打印失败样品

加上学业压力，团队的研究一度陷入停滞。但成员们并没有放弃，在张贺新的鼓励下，学期结束后的暑假，团队成员开始再次查阅文献。反复研究后，他们找到了问题症结所在：“我们最开始材料研磨并不充分，钼粉熔点高，在粉末底部熔化不充分，而硅粉在粉末上端直接烧坏，这就导致了最终成品出现了小孔，实验失败。”这让团队成员意识到了在多种元素混合成形的实验时充分研磨的重要性。

▲张斌（左）与郭政佑（右）讨论实验

与此同时，张贺新老师所在的科研团队——哈尔滨工程大学先进材料成形与制造团队的负责人姜风春教授雪中送炭，给团队成员提供了外能场辅助SLM（选区激光熔化）技术。“外能场辅助SLM技术既满足了材料快速成形的需求，又能够在零件成形过程中由于外能场的作用使材料致密化，这正好满足航发零件的结构需要。”在姜风春老师的启发下，团队成员重新燃起斗志，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，成了团队成员的又一道难关。过大的激光能量会将分散在钼金属粉末中用于强化的硅、硼元素严重烧损，而过小的激光能量无法满足钼金属的熔化。为此，团队成员只能不断尝试调整使用的激光功率和材料配比，以找到SLM技术的最优参数。

▲郭政佑正在观察实验室SLM机器打印过程

找到合适的调试参数并不容易，团队先后试验了225组参数，总是因为各种各样的原因得不到成形的材料。由于这个方向刚刚起步，没有有关部门立项支持，张贺新多方筹措经费，甚至自己垫付了大量的科研经费。

在实验失败的沮丧和经费短缺的双重压力下，郭政佑心情非常低落，找到张贺新交流实验进展情况。听到团队成员因为害怕激光打印实验失败浪费钱，不敢大胆进行实验，张贺新鼓励他们放开手继续做下去，“不要害怕失败，找到失败的原因并解决它，出现新的失败也是在进步。”

一次次的失败，一次次的继续，实验的艰辛张贺新看在眼里。这个团队不服输、不放弃的精神也感动着她， “我支持着他们，他们也在带动着我。学生们的不懈坚持，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，郭政佑和张斌留校与研究生们商议确定SLM的最优参数。“当时我们最终确定的激光参数区间是在230w-240w，但由于还没经过实验，大家的心都是悬的。”

新年的第一天，郭政佑将配好的材料送到了工厂进行打印，很快，好消息传来，他们的材料首次成功成形了！

▲最终成形整体样品

郭政佑将这版材料拍照发在团队的微信讨论群里，整个群顿时充满了欢呼的表情包。“拿回这版材料后，我们赶紧用阿基米德排水法进行密度测量，得到的致密度大于97%。大家悬着的心一下子就落地了，我们的实验终于大功告成！”经过长达1年多的实验，300多小时的参数优化调整，这份高致密度的钼合金样件，无疑是他们收到的最好的新年礼物。

800万预售订单助力创业

在后续实验中，团队成员借助扫描显微镜发现了玻璃态物质，并最终分析为玻璃态的硅硼酸盐层。硅硼酸盐层可以有效地抵挡氧气向内渗入，阻碍基体进一步氧化，这同时证实了版件的耐高温性。高致密度且耐高温性能优异的材料，这正是航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

“仅仅得到了钼基高温合金的材料还不够，我们只有生产出真正耐高温的零部件，并能够形成完整的商业模式，才能把我们的材料推广出去，真正落实到航空发动机的制造当中。”得益于材化学院的校企联合机制，张贺新向郭政佑推荐了两家专门制造热防护材料的企业。

▲打印成功的样品

使用钼基高温合金制作的零件，相比传统高温合金可以承受更高的工作温度，同时在高温状态下也可以保持较好的强度，进而提升整体装备的使用安全性。被钼基高温合金的优异性能吸引，两家企业共计与团队签署了800万的钼基高温合金零件预售订单，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。

▲钼光科技团队打印出的

燃烧室火焰环和涡轮导向叶片验证件样品

▲郭政佑在校“五四杯”比赛答辩

谈到自己的科创经验，郭政佑表示，扎扎实实的专业课学习，是科研路上的重要基石。大一期间，他凭优异的学习成绩获得国家奖学金。在刚刚结束的大二下学期，郭政佑十门必修课程均分91.64分，在专业92名同学中排名第一。团队里其他成员，学习成绩也均保持在年级前列。“我们团队一直坚信，学习与科创是相辅相成的，回归课本可以让我们找到问题根本，科创实践也能帮助我们把课本知识理解得更深。”

▲郭政佑成绩单

“不止局限于航发领域，希望我们的产品能在我国先进高性能舰船的燃气轮机、燃烧室等核心热端部件中得到应用，为我国先进装备的发展做出属于我们钼光科技人，我们哈工程学子的贡献。”郭政佑介绍道。下一步，团队将继续优化合金成分，未来在成形中对工艺过程再进一步优化，让钼基高温合金的应用面更加开阔。

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撰文 | 李柄成

排版 | 方旖旎

编辑 | 李颖超

责编 | 霍萍

审核 | 吕冬诗 金声