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初夏的阳光透过科研楼的落地窗,在“低成本耐磨合金”课题组的实验台上投下斑驳的光影。林荞正和团队成员一起,整理三家农机厂的批量生产数据,屏幕上不断跳动的合格率、磨损率曲线,见证着项目的稳步推进。自从大规模生产启动以来,新型零件的市场反馈持续向好,订单量逐月攀升,实验室里弥漫着收获的喜悦。

就在这时,周教授推门而入,手里拿着一份厚厚的科研项目申报书,脸上带着期待的笑容:“林荞,李薇,你们过来一下,有个新课题想跟你们聊聊。”

林荞和李薇放下手中的工作,快步走到周教授身边。周教授将申报书放在实验台上,封面赫然写着“高温抗氧化金属材料的研发与应用”。“这是一个面向航空航天领域的新课题,”周教授的声音带着一丝郑重,“航空发动机的涡轮叶片、燃烧室等关键部件,长期工作在1000c以上的高温环境中,还面临着燃气腐蚀、氧化剥落等问题,对材料的高温抗氧化性、高温强度和韧性要求极高。目前国内高端材料大多依赖进口,我们希望能研发出自主可控的高温抗氧化金属材料,打破技术垄断。”

林荞的目光紧紧盯着申报书,心脏不由得加速跳动。航空航天领域的材料研发,是材料科学的高地,技术难度远超之前的耐磨合金课题。高温环境下,金属材料的晶体结构会发生变化,氧化速率急剧加快,如何在保证高温强度的同时,提升抗氧化性能,是行业内的难题。这对她来说,是一个全新的挑战,也是一个难得的成长机会。

“这个课题的核心目标,是研发出在1200c高温下,连续工作1000小时后氧化增重不超过0.5mg\/cm2的金属材料,同时高温抗拉强度不低于600mpa。”周教授补充道,“相比之前的耐磨合金,这个课题的技术门槛更高,实验条件更苛刻,需要用到高温氧化炉、真空熔炼炉等更精密的设备,还需要掌握高温材料的微观结构分析、氧化机理研究等更深入的专业知识。”

李薇皱了皱眉,语气中带着一丝顾虑:“周教授,这个课题的难度确实很大,我们之前没有接触过高温材料领域,会不会太冒险了?”

周教授看向林荞,眼神中满是信任:“林荞,你在耐磨合金课题中表现出的创新思维、严谨态度和解决实际问题的能力,让我相信你有潜力攻克这个难题。当然,这个课题不是一蹴而就的,需要长期投入,我想问问你,是否愿意参与这个新课题?”

林荞没有丝毫犹豫,眼神坚定地回答:“周教授,我愿意!这是一个新的挑战,也是一个提升自己的好机会。虽然我之前没有接触过高温材料领域,但我会努力学习相关知识,查阅文献,请教专家,争取做出成绩。”

她的心中充满了斗志。科研之路本就是不断探索未知的过程,之前的耐磨合金课题,她也是从零基础开始,一步步攻克难关。现在,面对更具挑战性的航空航天材料课题,她有信心凭借自己的努力和团队的支持,取得突破。

“好!”周教授欣慰地点点头,“我就知道你会答应。这个课题我会作为项目负责人,林荞你担任核心成员,负责材料配方设计和氧化机理研究;李薇你协助林荞,负责实验数据整理和微观结构分析。我已经申请了专项科研经费,实验室也会新增高温氧化炉、透射电子显微镜等设备,为课题研发提供保障。”

接下来的几天,林荞全身心投入到新课题的前期准备中。她泡在图书馆里,查阅了大量高温抗氧化材料的相关文献,从镍基高温合金、钴基高温合金到陶瓷基复合材料,从氧化机理、合金元素作用到制备工艺,逐一梳理核心知识点。她的笔记本上,密密麻麻地记录着不同合金元素的作用:铬能形成致密的氧化膜,提高抗氧化性;铝能与氧结合形成Al?o?保护膜,增强高温稳定性;钇、铈等稀土元素能细化晶粒,改善氧化膜的附着力……

为了更深入地了解行业现状,林荞还特意联系了航天科技集团的一位材料专家,通过线上会议请教相关问题。“高温抗氧化材料的关键,是形成连续、致密、与基体结合牢固的氧化膜,”专家耐心地讲解,“你们可以从镍基合金入手,在现有配方基础上,添加铬、铝、钇等元素,优化成分配比,同时优化制备工艺,减少材料内部的缺陷,提升高温性能。”

根据专家的建议和文献调研结果,林荞初步拟定了三组配方方案:方案一以镍为基体,添加15%铬、8%铝、0.5%钇,重点提升抗氧化性;方案二在方案一的基础上,添加5%钴,增强高温强度;方案三添加2%钛和3%钨,兼顾高温韧性和耐磨性。

方案确定后,林荞开始着手准备实验。实验室新增的真空熔炼炉已经安装调试完毕,这款设备能在真空环境下熔炼金属,避免氧化污染,确保合金成分均匀。林荞和团队成员一起,按照配方比例精确称量原料,镍、铬、铝、钇等金属原料被小心翼翼地放入坩埚中。

真空熔炼炉启动后,温度缓缓升高,从室温升至1500c,金属原料逐渐融化,形成暗红色的钢水。林荞紧盯着控制面板上的温度曲线,随时调整加热功率,确保温度稳定。熔炼过程中,她还通过氩气搅拌装置,让钢水充分混合,避免成分不均。经过两个小时的熔炼和保温,钢水被浇铸到模具中,冷却后形成了三组合金铸锭。

接下来是高温氧化测试。林荞将合金铸锭加工成标准试样,尺寸为10mmx10mmx3mm,经过打磨、抛光后,放入高温氧化炉中。她设置了1200c的高温,测试时间为100小时,每隔20小时取出试样,称量氧化增重,观察表面氧化情况。

第一次测试的结果并不理想。方案一的试样氧化增重达到1.2mg\/cm2,表面出现了明显的氧化皮剥落;方案二的氧化增重为1.0mg\/cm2,高温强度虽然达标,但抗氧化性不足;方案三的抗氧化性略好,氧化增重0.8mg\/cm2,但高温韧性未能达到要求。

“看来我们的配方还需要优化。”林荞看着测试数据,没有丝毫气馁。她和团队成员一起分析原因:“方案一的铝含量可能不足,导致氧化膜不够致密;方案二的钴含量过高,影响了抗氧化性能;方案三的钛和钨添加比例不当,导致韧性下降。”

根据分析结果,林荞对配方进行了调整:方案一的铝含量提高到10%,添加0.3%铈,增强氧化膜附着力;方案二的钴含量降低到3%,增加2%钼,平衡强度和抗氧化性;方案三的钛含量调整为1.5%,钨含量调整为2.5%,同时添加0.2%钇,细化晶粒。

第二次高温氧化测试开始了。这一次,林荞改进了测试方法,不仅称量氧化增重,还通过扫描电子显微镜观察试样表面的氧化膜结构,通过x射线衍射分析氧化膜的物相组成。测试结果显示,方案一的氧化增重降至0.6mg\/cm2,表面氧化膜连续致密,没有出现剥落现象;方案二的氧化增重0.7mg\/cm2,高温强度达到650mpa;方案三的氧化增重0.55mg\/cm2,高温韧性显着提升。

“有进步!但还没达到目标。”林荞鼓励团队成员,“我们继续优化,重点调整方案一的成分,争取把氧化增重控制在0.5mg\/cm2以内。”

她查阅文献发现,钇和铈的复合添加能产生协同效应,进一步改善氧化膜的附着力。于是,她在方案一的基础上,将钇的含量调整为0.4%,铈的含量调整为0.2%,同时优化熔炼工艺,将保温时间延长至3小时,确保稀土元素充分溶解。

第三次高温氧化测试结束后,方案一的试样表现惊艳:1200c高温下连续工作100小时,氧化增重仅为0.45mg\/cm2,表面氧化膜均匀致密,与基体结合牢固;高温抗拉强度达到620mpa,完全满足课题目标要求。

“成功了!我们做到了!”林荞和团队成员激动地拥抱在一起。连续一个多月的熬夜奋战,反复调整配方,不断优化工艺,终于取得了突破性进展。

周教授看着测试数据,脸上露出了欣慰的笑容:“林荞,你们做得很好!这个结果超出了我的预期。接下来,你们要深入研究氧化机理,分析稀土元素的作用机制,同时进行更长时间的高温稳定性测试,为后续的规模化应用打下基础。”

林荞点点头,心里充满了动力。新课题的初步成功,让她更加坚定了信心。虽然这个课题的难度远超之前的耐磨合金,但她相信,只要保持严谨的科研态度,勇于探索,不断创新,就一定能攻克更多技术难关,研发出自主可控的高温抗氧化金属材料,为我国的航空航天事业贡献自己的一份力量。

实验室里,高温氧化炉还在运转,新的试样正在进行更长时间的稳定性测试;显微镜下,氧化膜的微观结构清晰可见,等待着进一步的分析。林荞站在实验台前,看着自己研发的合金试样,心里充满了成就感和对未来的期待。她知道,新课题的征程才刚刚开始,未来还有更多的挑战在等待着她,但她已经做好了准备,将以更饱满的热情、更坚定的信念,在科研的道路上继续前行,书写属于自己的精彩篇章。