“奮斗者”號載人球艙在10909米深海頂住2000頭非洲象般的壓力，長征五號氫泵葉輪在-253℃超低溫下以超音速旋轉(zhuǎn)，C919大飛機(jī)國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦鋁葉片劃破長空……這些“大國重器”的核心部件上，都凝結(jié)著中國科學(xué)院金屬研究所（以下簡稱金屬所）研究員楊銳團(tuán)隊(duì)的執(zhí)著與創(chuàng)新。
2025年，楊銳榮獲全國先進(jìn)工作者稱號。他的人生軌跡恰似鈦合金材料——以堅(jiān)韌承托使命，以突破定義邊界，在“上九天”“下五洋”的征程中，成就科學(xué)家與國家需求的同頻共振。
楊銳受訪者供圖
深海的“建艙者”
在“奮斗者”號萬米載人潛水器的鈦合金球艙內(nèi)壁，一道幾毫米寬的焊縫藏著中國深潛技術(shù)的突破密碼。這個(gè)直徑2米的球艙要承受110兆帕水壓，相當(dāng)于2000頭非洲象產(chǎn)生的壓力，而當(dāng)時(shí)國際上最先進(jìn)的美國“極限因子”號，采用Ti64鈦合金卻僅能實(shí)現(xiàn)兩人載客，且無法用于常規(guī)科考。
“要載3人，必須讓鈦合金強(qiáng)度提高20%，還得能焊。”楊銳告訴《中國科學(xué)報(bào)》，在2012年接手載人艙材料攻關(guān)時(shí)，他和團(tuán)隊(duì)面對的是技術(shù)空白。
楊銳帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從合金設(shè)計(jì)底層邏輯出發(fā)，提出“消除焊接脆性”的新思路：以理論計(jì)算為指導(dǎo)，調(diào)整鈦、鋁和多種過渡族元素配比，在保持韌性的同時(shí)提升強(qiáng)度。僅合金成分調(diào)試就經(jīng)歷了12輪實(shí)驗(yàn)，每輪都要測試本體材料和焊縫退火處理前后的力學(xué)性能，團(tuán)隊(duì)最終研制出Ti62A鈦合金。
2019年，當(dāng)球艙在洛陽某研究所完成焊接后，隨爐樣品力學(xué)性能全部合格——這是確保萬米水壓下球艙安全服役30年的關(guān)鍵。
2020年11月10日，“奮斗者”號抵達(dá)10909米深海。創(chuàng)下此紀(jì)錄后不久，中國成為世界上萬米下潛人數(shù)、次數(shù)最多的國家。
楊銳常常感慨建制化科研的能量：“106位科研人員、200多名工人跨越7個(gè)省份，歷經(jīng)14道工序，在3年零3個(gè)月里開了65次協(xié)調(diào)會(huì)，才讓這顆‘深海之心’跳動(dòng)起來。”這項(xiàng)成果入選“十三五”國家科技創(chuàng)新成就展，成為海洋強(qiáng)國的鮮活注腳。
蒼穹的“鑄心者”
同樣的突破也發(fā)生在長征五號運(yùn)載火箭的“心臟”里。液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的氫泵葉輪，要在接近絕對零度的-253℃下以每秒550米的速度旋轉(zhuǎn)——比音速還快。
“美國航天飛機(jī)因這一技術(shù)瓶頸推遲3年，我們不能等。”楊銳團(tuán)隊(duì)臨危受命時(shí)，面對的是國內(nèi)空白的鈦合金粉末近凈成形技術(shù)：葉輪尺寸收縮率高達(dá)33%，精度卻要控制在0.1毫米內(nèi)，這相當(dāng)于3根頭發(fā)絲的直徑，控制難度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鑄造。
楊銳沒有走“反復(fù)試錯(cuò)”的老路，而是帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用計(jì)算機(jī)模擬粉末致密化過程，提前預(yù)測收縮軌跡，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化。1年突破關(guān)鍵技術(shù)，18個(gè)月交付產(chǎn)品，最終葉輪制造精度比其他同類產(chǎn)品提高1倍，氫泵效率達(dá)76.5%，由此徹底解決了我國大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)“卡脖子”難題。
2016年長征五號首飛成功后，楊銳團(tuán)隊(duì)獲五部委聯(lián)合頒發(fā)的“長征五號運(yùn)載火箭首次飛行任務(wù)突出貢獻(xiàn)團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)”。這項(xiàng)底層技術(shù)至今仍支撐著嫦娥五號探月、天問一號火星探測等重大任務(wù)。“從實(shí)驗(yàn)室的模擬曲線到發(fā)射場的成功轟鳴，這一步我們追了15年。”楊銳說。
在C919大飛機(jī)國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)研制中，楊銳團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新同樣“劍指核心”。鈦鋁能讓發(fā)動(dòng)機(jī)葉片減重50%，但常規(guī)精鑄技術(shù)的表面反應(yīng)層太厚，無法實(shí)現(xiàn)無余量鑄造。
他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)明高穩(wěn)定性氧化釔面層技術(shù)，將反應(yīng)層厚度從100微米降至5微米，也就是降低了1個(gè)數(shù)量級，在國際上首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
如今，這項(xiàng)技術(shù)已用于長江1000發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪葉片，并支撐長江2000發(fā)動(dòng)機(jī)研制，是我國商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主化的關(guān)鍵一步。
產(chǎn)業(yè)鏈上的“織網(wǎng)人”
“遼寧年產(chǎn)8萬噸海綿鈦，占全國40%，但高端鈦材要從國外、省外買，再運(yùn)回沈飛、黎明公司用——這根鏈條必須接上。”在遼寧工作40余年的楊銳，對本地鈦產(chǎn)業(yè)的“痛點(diǎn)”了如指掌。
2024年，楊銳牽頭的遼寧省科技重大專項(xiàng)“高端裝備用金屬材料創(chuàng)制”啟動(dòng)，省財(cái)政投入2億元，企業(yè)配套3.8億元，聯(lián)合5所高校、18家企業(yè)組成攻關(guān)聯(lián)合體，目標(biāo)直指“原料-加工-應(yīng)用”全鏈條貫通。
在沈陽某產(chǎn)業(yè)園的車間里，基于楊銳團(tuán)隊(duì)技術(shù)改造的鈦合金緊固件絲材生產(chǎn)線正高速運(yùn)轉(zhuǎn)。這條生產(chǎn)線產(chǎn)出的絲材，曾獲2014年國防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，如今已用于多型產(chǎn)品，年產(chǎn)能突破100萬件，成本較進(jìn)口降低40%。
“光有配方不行，得告訴工人怎么軋、怎么焊。”楊銳常帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在車間蹲點(diǎn)，把實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為“軋制溫度1050℃±5℃、變形量30%/道次”的具體參數(shù)。
這種“從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線”的閉環(huán)思維，貫穿他幾十年的科研生涯。
自1995年結(jié)束在英國劍橋大學(xué)博士后工作回國后，楊銳帶領(lǐng)金屬所鈦合金團(tuán)隊(duì)完成近百項(xiàng)國家級任務(wù)：從軍用鈦合金棒材到深海鈦合金管材，從航天鈦合金鍛件到醫(yī)療鈦合金植入物。
這種“扎根地方、服務(wù)全局”的擔(dān)當(dāng)，早已融入楊銳的科研基因。上世紀(jì)90年代回國之際，他放棄前往香港等地工作的機(jī)會(huì)，回到金屬所，正是看中遼寧作為我國金屬材料研究重鎮(zhèn)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。
多年來，楊銳團(tuán)隊(duì)先后入選國家首批國防科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)院首批“青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)特別支持計(jì)劃”以及科技部重點(diǎn)領(lǐng)域先進(jìn)鈦合金及工程應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，成為面向國家重大需求不可或缺的戰(zhàn)略研究力量。
科學(xué)家精神的“鈦級傳承”
“1976年元旦，上小學(xué)的我讀到毛主席《水調(diào)歌頭·重上井岡山》中‘可上九天攬?jiān)拢上挛逖笞谨M’，感到熱血沸騰。那時(shí)怎會(huì)想到，40年后能親身參與圓這些夢？”楊銳的感慨道出了其科研人生與時(shí)代使命的深刻聯(lián)結(jié)。
這份聯(lián)結(jié)體現(xiàn)在敢于突破的勇氣里。當(dāng)年萬米載人艙方案有爭議，國際上流行透明玻璃艙體，國內(nèi)不少專家擔(dān)心“鈦合金會(huì)落后”。楊銳頂住壓力，從斷裂力學(xué)公式推算鈦合金的安全承壓能力是玻璃的84倍，更適合長期科考。
楊銳所用的公式正是他的博士生導(dǎo)師埃貢·奧羅萬于1948年在英國卡文迪許實(shí)驗(yàn)室修正完善的。當(dāng)“奮斗者”號完成克馬德克海溝國際聯(lián)合調(diào)查等重大任務(wù)時(shí)，日本《日經(jīng)亞洲》和美國《海洋技術(shù)評論》高度評價(jià)稱，載人艙使中國在深海探測領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先于任何其他國家。
“創(chuàng)新是基于科學(xué)的獨(dú)立判斷。”這是楊銳常對學(xué)生說的話。
“材料是工業(yè)的骨骼，鈦合金的韌性與強(qiáng)度，恰如科研工作者需要的堅(jiān)守與突破。”從實(shí)驗(yàn)室配方到生產(chǎn)線產(chǎn)品，從劍橋博士后到鈦合金領(lǐng)航者，楊銳深耕鈦合金領(lǐng)域數(shù)十年。如今，他正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻關(guān)新一代耐高溫鈦合金，目標(biāo)是支撐高超音速飛行器突破2000℃耐熱極限。
