高仲泰

　　中國科學(xué)院金屬研究所（以下簡稱“金屬所”）所長兼鈦合金研究部主任楊銳，帶領(lǐng)研究員雷家峰、馬英杰等人接受了研制新型鈦合金的重任。楊銳1980年考入武漢水利電力學(xué)院機(jī)械工程系學(xué)習(xí)，1987年從研究所碩士畢業(yè)，1992年獲得英國劍橋大學(xué)博士學(xué)位，1995年回國后任研究所研究員。楊銳是一位很有想法也很有勇氣的科學(xué)家，在多功能鈦合金研究方面卓有成績。雷家峰從事金屬材料科研已有20多年。他于1987年考入東北工學(xué)院物理系應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)習(xí)，1994年考入金屬所讀博士，畢業(yè)后留在鈦合金研究部工作，現(xiàn)任研究部主任。

　　要完成萬米載人潛水器這個項目，楊銳團(tuán)隊必須先把材料問題解決掉，這是不能回避也不能推卻的硬任務(wù)。鑒于種種原因，葉聰考慮的不是用其他材料來替代鈦合金，而是對鈦合金進(jìn)行改良，載人球殼還得用鈦合金。從材料科學(xué)的理論方面來看，強度和韌性兼?zhèn)涫莻€方向，但兩者的兼容性問題不好解決。

　　通俗地說，軟和硬是一對矛盾。很軟，但韌性很強，延展性無與倫比，可以打造得如薄翼一般薄，比頭發(fā)絲還要細(xì)。鈦合金的強度和韌性都相對理想。但“蛟龍”號和“深海勇士”號用過的Ti64在強度方面還欠缺一點。新材料的強度要有所提高，韌性至少要和Ti64相當(dāng)。

　　整個“奮斗者”號研發(fā)團(tuán)隊經(jīng)過苦苦探索和研究發(fā)現(xiàn)，只有Ti2222這個類型的鈦合金符合條件。這是20世紀(jì)末研制成功的一種航空用鈦合金，是Ti64的升級版，強度比Ti64高了一個等級，應(yīng)該可以作為“奮斗者”號的外殼用材。

　　但這種鈦合金有個致命的弱點，那就是可焊性不好，尤其對于載人潛水器球艙而言更是如此，因為焊接面太厚了。焊接是必須經(jīng)過的一道工序，沒有人能壓出一個不焊接的完整球艙。兩個半球的焊接已經(jīng)大幅度地減少了焊接面，相對于俄羅斯那種西瓜瓣式的焊接方式，可以說是微創(chuàng)手術(shù)。但即便是微創(chuàng)手術(shù)，焊接如此厚度的一個球殼，也很難保證退火后球體不變形。球體一旦出現(xiàn)變形，就降低了球體的圓度，這個球體就廢掉了。

　　鈦合金材料存在“尺寸效應(yīng)”，即尺寸和厚度越大，均勻性和力學(xué)性能的穩(wěn)定性越難以保證。而這又是深海極端高壓環(huán)境下的應(yīng)用必須跨越的障礙。

　　美國科學(xué)家曾經(jīng)研究過這個問題，找到了Ti2222可焊性差的原因：這種鈦合金在退火時會在晶粒內(nèi)部形成某種成分。楊銳的一個學(xué)生在日本國立材料研究所從事金屬研究，這位學(xué)生很有鉆研精神。他通過實驗發(fā)現(xiàn)，如果在鈦合金中加入一點貴金屬，材料的可塑性就會奇跡般地得到提升。另外，楊銳自己在幫助英國發(fā)動機(jī)制造公司研制鈦合金葉片時發(fā)現(xiàn)，這種葉片的一種合金里可能含有金屬元素鉬。

　　同時，團(tuán)隊的一位成員在一篇公開發(fā)表的文獻(xiàn)中，發(fā)現(xiàn)一位外國科學(xué)家談到了類似的問題。楊銳、雷家峰等人進(jìn)一步確認(rèn)，只要去除材料里的一個“有害相”，即可找到突破口。

　　綜合種種，楊銳團(tuán)隊最后得出一個結(jié)論：在Ti2222中加入適當(dāng)?shù)慕饘兮Z和金屬鉬，或者類似的元素，有可能會增加期待的某種成分的含量。經(jīng)過研究，他們終于拿出了新方案：將海綿鈦和、釩等混合在一起，通過大功率壓力裝置，壓制成鈦合金的電極，然后放在熔煉爐里面，經(jīng)過多次真空熔煉，煉成符合條件的鈦合金鑄錠。他們將其命名為“Ti62A”，這種經(jīng)過改良的鈦合金Ti62A滿足了強度和韌性的要求，可焊性大大得到了提高。金屬所一舉攻克了這個難題。

　　不過，材料問題解決了還不行，如何壓成兩個半球并焊接成整體，成為第二只“攔路虎”。這個問題不僅與金屬所有關(guān)，而且與企業(yè)的生產(chǎn)工藝有關(guān)。