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“奮斗者”號載人艙球殼。金屬所供圖

從馬里亞納海溝萬米深處的“奮斗者”號載人艙，到托舉“嫦娥”探月的長征五號火箭氫泵葉輪，再到國產大飛機發動機的渦輪葉片，中國科學院金屬研究所（以下簡稱金屬所）鈦合金研究部團隊，將鈦這種材料鍛造成支撐大國重器的堅強骨骼。

他們的研究成果屢次突破極限，如同新中國高端材料發展史的生動縮影。

支撐這些輝煌成就的，是一種如鈦合金般獨特的科研品格——輕盈而能承千鈞，堅韌可行至遠方，在星辰大海處閃耀光芒。這種以“開拓之勇、實踐之誠、奉獻之志、求真之執”熔煉而成的“鈦魂”，正是這支200余人隊伍的集體氣質。

開拓之勇：于無人區踏出新路

2012年，我國“蛟龍”號成功突破7000米下潛深度后，萬米載人深潛關鍵技術攻關正式啟動。作為深海探測器的“生命艙”，載人艙材料成為首要攻克的難題。

當時，國際上的4大萬米深潛計劃均不約而同采用透明玻璃載人艙方案。這一選擇迅速成為國際熱點，國內不少專家也擔憂鈦合金方案會落后。

鈦合金研究部時任主任楊銳作為萬米載人艙材料與制造技術攻關負責人，當時承受著巨大壓力。他帶領團隊回歸科學本質，詳細搜集各類數據，從斷裂力學的基本原理出發開展精準計算。結果清晰顯示，以當時掌握的材料性能，鈦合金的承壓能力約為玻璃的84倍。

楊銳果斷拍板，徹底放棄玻璃方案，堅定選擇鈦合金路徑。事實則印證了這一決策的遠見——那4個曾備受矚目的玻璃載人艙方案至今仍停留在圖紙與設想階段，而中國的鈦合金載人艙已伴隨“奮斗者”號多次潛入萬米深淵。

然而，選定方向僅是闖過第一道觀念關。當時國際通用的Ti64鈦合金僅能勉強制造承載兩人的艙體，且存在焊接后韌性大幅下降的致命風險。而我國的目標是可承載三人、耐受萬米深度的載人艙。這是一條無人走過的路。

“Ti64的路走不通，就走一條新路。”楊銳的聲音不高，卻為團隊指明了方向。這意味著要從合金設計的源頭重新出發。

實驗室化作“冶金廚房”，鈦、鋁、釩、鉬、鋯等元素如同食材，在真空熔煉爐中被反復配比、冶煉。每一道“新菜”出爐，都要經歷拉伸、沖擊、疲勞等一系列苛刻的“品鑒測試”。而最核心的考驗，在于載人艙焊縫韌性是否與艙體材料渾然一體。

失敗是常態。團隊常圍坐在一起，對著掃描電鏡下的斷口照片，剖析微觀組織的“癥結”。每當有人氣餒，總會有同伴鼓勁：“怕什么？這次我們知道這個成分比例不行，那離‘行’的那個點又近了一步。”

歷經12輪艱難的摸索，一種名為Ti62A的新型鈦合金終于誕生。其焊接接頭性能曲線完美覆蓋所有設計指標。一位博士生在實驗記錄本上鄭重畫上一個略微顫抖的感嘆號。

實驗室的成功，僅僅是攻關的上半場。

團隊成員立即攜帶核心數據和工藝方案，扎進協作工廠的焊接車間。在電弧與電子束的光芒中，在工人師傅將信將疑的目光下，團隊用上千次的工藝試板，將實驗室的“最佳參數”固化為工人手中可穩定復現的“操作規程”。

勇氣的真諦，在于看清前路險阻后依然選擇前行。最終，由Ti62A打造的載人艙成為“奮斗者”號潛入馬里亞納海溝萬米深處的堅強“生命堡壘”。

實踐之誠：扎進生產的土壤

在鈦合金研究部，科研成果的終點不是鑒定會上的掌聲，而是生產線上穩定、可靠的轟鳴聲。研究部副主任徐磊對此感受深刻。他長期從事粉末冶金研究，主攻長征五號運載火箭氫泵葉輪的精密制造。

這種葉輪是火箭發動機“心臟中的心臟”，必須在-253℃的液氫環境中以每秒550米的速度旋轉——比音速還快，對材料性能和制造精度要求達到極致。更棘手的是，葉輪內部復雜的空腔流道無法機械加工，必須一次成形。

粉末冶金成形技術面臨的一個巨大障礙是，材料經成形工藝后尺寸收縮率高達33%，而最終產品尺寸誤差需控制在0.1毫米內，僅相當于3根頭發絲的直徑。

攻克理論瓶頸后，徐磊馬不停蹄帶領課題組進駐協作工廠，與工人師傅同吃同住，將實驗室的“參數組合”轉化為生產線上的“工藝文件”。為調試工藝，他們曾深夜進入車間待命，既能在產線停下的那一刻馬上開始調試，又能最大限度減少對企業生產節奏的影響。

有一段經歷讓徐磊記憶猶新。2014年，他攜帶53支昂貴的鈦合金樣品前往檢測單位。用戶代表原本只要求隨機檢測2支，如果不合格則翻倍復檢。“結果一測，2支樣品性能全部達標。”徐磊回憶，用戶代表驚訝之余，又提議把其他51支樣品都測了。最終檢測結果顯示，只有3支樣品性能處于合格線邊緣，其余全部優異。“材料確實很穩定。”徐磊感嘆。

這份“穩定”的背后，是無數次工藝優化和對生產細節的極致把控。例如，團隊將材料氧含量精準控制在900~1100ppm（百萬分之一）的狹窄區間內——這是一個微妙平衡點，氧含量太低或太高都會影響材料性能。楊銳曾打趣道：“氧是個‘壞分子’，策反它就好了。”

團隊的“實踐之誠”更體現在裝備自主創新上。由于許多關鍵設備沒有現成的“貨架產品”，他們不得不自己動手研制。2006年，團隊引進國內第一臺價值千萬元級別的潔凈制粉設備，但投入使用后卻問題頻發。“當時一項指標采用激光法檢測，就會對材料造成損傷。”徐磊回憶。

為此，他們聯合所內分析檢測部門的同事，對進口設備進行改造，并開發出適合自身需求的檢測方法。“買來的進口設備測不了，我們就用‘土辦法’改造。”徐磊說。

更大的挑戰出現在2012年。團隊發現制造過程中存在氬氣泄漏問題，但當時缺乏有效的檢測手段——氬氣與氮氣的檢測峰重疊，難以區分。這一問題困擾了團隊4年，直至2016年才徹底攻克。

如今，團隊不僅建立了完善的氬氣檢測方法和標準，還實現了所有產品100%強制檢測。“很多外部機構也來找我們檢測。”徐磊自豪地說，這些自研設備和標準已成為行業的重要參考。

這種扎根生產一線的實踐精神，讓科研成果真正接了地氣。

他們帶來的不僅是一個高性能合金配方，更是一整套基于深度理解的工藝“說明書”：從海綿鈦熔煉的電流曲線，到鍛壓時的變形速率，再到熱處理爐內熱電偶的布點建議，均細致、詳細。團隊堅持將實驗室中探明的“為什么”——為什么這個溫度下韌性最好、為什么那個變形量下組織最均勻，用最直白的語言和更豐富的圖表轉化為工廠可落地的“怎么辦”。

奉獻之志：功成不必在我

材料研究，尤其是關乎國家重大裝備的材料研究，往往意味著選擇了一條漫長而寂寞的道路。一個合金體系從概念提出到成熟應用，10年是常事，20年也不罕見。在鈦合金研究部，近30年如一日地堅守國家最急需、最基礎的“硬骨頭”領域，已成為一種集體追求。

“70后”研究員王玉敏是團隊“元老”之一。他的故事頗具傳奇色彩——大學畢業后當了5年高中物理老師，出于對科學研究的喜愛，1999年考上金屬所研究生，成為楊銳的早期碩士生，研究方向是當時國內幾乎空白的鈦基復合材料。

“我來的時候，所里連設備都沒有，我就坐在研究生工位上看了半年文獻。”王玉敏回憶道。當時，鈦基復合材料在國際上只有少數國家掌握，國內還處于纖維研發的起步階段。楊銳則對他說：“你要耐得住寂寞。”

這一“耐”便是20余年。王玉敏一邊進行纖維研究，一邊探索構件制造。2005年博士畢業時，他已取得不錯的研究成果，當時有其他單位伸出橄欖枝，還承諾為其家屬解決工作。但猶豫之際，他意識到自己若離開了，這個方向的研究就要斷了。如今，他領導的課題組已有24名職工、14名研究生，建成了自主的批量生產線。

對王玉敏最嚴峻的考驗出現在2013年。在一個重大項目中，課題組耗時1年研制出的兩件高性能葉環，檢測時卻發現內部的纖維全部斷裂。“當天晚上，我和課題組兩位核心成員一起吃飯時，那兩個小伙子都哭了。”王玉敏回憶說。

通過深入分析，他們發現問題根源是內徑膨脹和外徑屈曲的匹配。這次失敗反而催生了新技術思路。“所以，我們現在做葉環是國內數一數二的水平。”王玉敏說。

這種“奉獻之志”在團隊中代代相傳。鈦合金研究部主任馬英杰提到，他們目前應用的一項發動機高溫鈦合金材料技術，始于上世紀80年代，由楊銳的導師開創。對于楊銳的學生們來說，“導師的導師去世多年后，其自主研發的高溫鈦合金才獲得實際應用”。這種“功成不必在我”的胸懷，支撐著團隊在長周期研究中堅守初心。

團隊成員都清楚，國家重大需求就是沒有退路的使命。“我們生活在多樣化的社會，也尊重青年科研人員及研究生的個人選擇。”在感慨科研使命時，馬英杰特別提及團隊精神的傳承，“希望‘90后’‘00后’科研人員能夠認同這種理念，在國家重大任務中找到使命認同感。”

求真之執：敢立科學言

面對工程實踐中的棘手難題，團隊有一個重要法寶：不滿足于經驗試錯，而是深入機理、探尋本質。

長征五號運載火箭氫氧發動機氫泵葉輪的研制初期，曾遇到巨大困難——采用傳統精密鑄造的葉輪在試驗中爆裂，研制工作陷入停滯。美國航天飛機曾因類似部件攻關受阻，導致整個計劃拖延3年。但用戶單位“等米下鍋”，迫切希望盡快攻克技術瓶頸。

面對巨大的時間壓力，團隊沒有盲目投入試錯循環。楊銳叫停了無目標的嘗試，引導大家將目光從具體的工藝參數上暫時移開，投向更本質的科學問題——粉末顆粒在高溫高壓下究竟是怎么運動、怎么致密化的？這個過程能否用數學語言描述清楚？

方向就此扭轉。團隊組織理論功底深厚的青年骨干與計算模擬專家協作，開始構建粉末致密化過程的多尺度模型。這是一段更為抽象和枯燥的征程，屏幕上不再是具體的零件，而是流動的顆粒群、演化的溫度場和應力場。有人曾覺得這“不接地氣”，但楊銳異常堅持，“只有看清了內在的‘理’，才能找到控制‘工’的鑰匙”。

模型的建立與修正耗費了大量心血。團隊需要將復雜的物理過程轉化為數學模型，再通過實驗數據反復校準。當模型終于能夠較為準確地預測葉輪變形趨勢時，之前的迷霧豁然開朗。

團隊從盲目的“試”轉變為有目的的“調”。他們根據模型預測，有針對性地調整工藝參數，觀察實際結果與預測的差異，再反饋修正模型。最終攻關成功的路徑，與最初的模擬預測曲線驚人地吻合。

憑借這條以理論計算引領的“新路”，團隊僅用1年就攻克關鍵技術，18個月便交付合格產品，不僅保障了發動機研制進度，更使制造精度比國際產品提升1倍，氫泵效率也從國外的75.0%提升至76.5%，徹底破解這一“卡脖子”難題。

對“理”的執著，已成為團隊的科研文化。1969年，金屬所參與的“兩彈”攻關任務結束后，部分人員根據時任所長李薰的部署啟動鈦合金研究，幾代科研人員薪火相傳，團隊從早期不足10人的研究小組發展成為如今200余人的“國家隊”，還入選科技部重點領域創新團隊。面向國家重大需求，團隊形成了7個創新研究方向并行發展的格局。

從萬米深海到寰宇太空，從火箭心臟到大國翼骨，團隊的研究成果如繁星般點綴在國家科技崛起的宏偉畫卷上。“鈦魂”從來不是口號，而是熔煉在每一次實驗、每一份數據、每一道工序中的行動準則。

今天，鈦合金團隊的目光已投向更遠的未來。新一代耐高溫鈦基材料的初步數據正在演算，目標是挑戰1200℃極限，支撐未來更高速度的飛行夢想。

（原載于《中國科學報》?2026-01-27 第1版 要聞）