昨天朋友叫我一起玩今年比较热的双人在线游戏：It takes two。这是一个需要双人合作才嫩通关的游戏。故事的背景是小姑娘的爸妈要离婚了，她拿着两个代表父母的小玩偶，希望他们能重新相爱，然后魔法发生，父母一觉醒来变成了这两个小玩偶，必须要互相帮助，通力合作才能变回人身。
游戏本身想要传达的信息虽然老套却也真实：想要marriage work out ，it takes two。虽然还没有玩完，猜测二人在整个过程中意识到自己的问题，发现对方的闪光点，然后fall in love again吧。
然而在我和朋友玩的时候，就比较有趣了。我选了男主，他用的女主。因为我从没玩过这种键盘控制，鼠标调整视角的操作类游戏，完全是一脸懵，手忙脚乱，手指僵硬不听使唤，视角转来转去都快给我整吐了。于是基本上都是他一直在前面等我，我死了一次又一次地尝试。完全就是一个聪明伶俐的女人和她蠢笨不堪的丈夫，who 每次好不容易做成功什么还要炫耀（游戏配音：你看到我刚刚怎么跳下来的吗？wow，太酷了！）
于是我就不想玩了。并且跟他说，换个人玩吧，至少可以频率差不多一点的，不至于一个百无聊赖地等，另一个疲于奔命。他说行吧。
仔细想想，这不就是婚姻？it takes two是没错啦，但是两个人频率太不相同，一个总在等另一个，要怎么帮助，怎么合作？这种情况下，就离婚，换人，可能直接就figure out everything了。
真是，这么一个游戏让我玩出这样的感悟，也是没想到。
游戏本身想要传达的信息虽然老套却也真实：想要marriage work out ，it takes two。虽然还没有玩完，猜测二人在整个过程中意识到自己的问题，发现对方的闪光点，然后fall in love again吧。
然而在我和朋友玩的时候，就比较有趣了。我选了男主，他用的女主。因为我从没玩过这种键盘控制，鼠标调整视角的操作类游戏，完全是一脸懵，手忙脚乱，手指僵硬不听使唤，视角转来转去都快给我整吐了。于是基本上都是他一直在前面等我，我死了一次又一次地尝试。完全就是一个聪明伶俐的女人和她蠢笨不堪的丈夫，who 每次好不容易做成功什么还要炫耀（游戏配音：你看到我刚刚怎么跳下来的吗？wow，太酷了！）
于是我就不想玩了。并且跟他说，换个人玩吧，至少可以频率差不多一点的，不至于一个百无聊赖地等，另一个疲于奔命。他说行吧。
仔细想想，这不就是婚姻？it takes two是没错啦，但是两个人频率太不相同，一个总在等另一个，要怎么帮助，怎么合作？这种情况下，就离婚，换人，可能直接就figure out everything了。
真是，这么一个游戏让我玩出这样的感悟，也是没想到。
#陪提莫度过漫长岁月[超话]# 2021年11月8日，陪伴提莫的第1400天。这几天虽然降温的幅度很大，好在提莫的新衣服和新鞋子都陆陆续续到了，在冬天来临之前，提莫能换上她的新衣服新鞋子，也算是一件颇为开心的事情。为了让提莫第一时间就能穿上新鞋子，老婆给提莫买鞋的时候，大多都是买两双款式相同尺码不同的鞋子，一大一小。提莫两双都试一下，留一双最适合的鞋子，然后再把不合适的退回去。更重要的一点，或许是怕退了就不给买了，或许是想一直穿着新鞋不脱下来，有时大小不合适，哪怕挤脚，提莫也会强行说尺码合适，不愿意脱下来。同时买两双鞋的话，基本上鞋子一到，就能保证提莫立马可以穿上一双适合她的鞋子。当然，这样做也是有不好的一点，在多出的那双鞋还没退款之前，老婆会有一笔钱在那被套着。昨天，老婆自己也很纳闷自己的卡里怎么就只剩了五块钱，简直连最基本的温饱都无法保证。没错，马上三十岁的人了，过日子过到浑身只剩五块钱，也是让我感到极为震撼。怕老婆喝西北风的我，赶紧给老婆转了钱，然后问老婆现在怎么这么惨。起初老婆还说不知道怎么回事，钱就花没了，我也没接着往下问。过了一会，老婆来到我旁边，恍然大悟地告诉我：我想起来我的钱去哪里了，给大提莫买衣服鞋子都是买两件，钱都垫进去了。看见老婆恍然大悟的样子，我却有点困惑了，这…难道是来套路我的？把自己的钱，先存起来，然后跟我装可怜，把我的钱骗走后，自己的钱过段时间也能从淘宝里退出来了。我仔细一想，提莫第一时间穿上了新鞋，老婆从我这里套走两双鞋的钱却只花了一双的钱，到最后，就我像个傻子一样。呵…女人呦，真可怕。
晚上单位有场酒局，喝完酒回家的路上我给老婆打电话，问还要不要带东西回家。老婆正在给小无忧换尿不湿，手机开了免提，听到我声音的提莫也凑了过来。我问提莫想吃什么想喝什么吗，提莫并没有说自己想吃什么，而是不假思索地回答一句我想爸爸回家。这话听得我一愣，酒都醒了一半，在地铁上拿着手机，嘴角忍不住要往上扬。
其实在酒后的第二天一早再去回忆前一天的事情，基本上是什么都记不住的。坐在上班的班车上，努力想了很久昨天回到家又陪提莫做了些什么，什么都想不起来，只记住了提莫的那句我想爸爸回家，还有刚拿出手机准备写微博，却直接睡着了。 https://t.cn/RJw8Dkn
晚上单位有场酒局，喝完酒回家的路上我给老婆打电话，问还要不要带东西回家。老婆正在给小无忧换尿不湿，手机开了免提，听到我声音的提莫也凑了过来。我问提莫想吃什么想喝什么吗，提莫并没有说自己想吃什么，而是不假思索地回答一句我想爸爸回家。这话听得我一愣，酒都醒了一半，在地铁上拿着手机，嘴角忍不住要往上扬。
其实在酒后的第二天一早再去回忆前一天的事情，基本上是什么都记不住的。坐在上班的班车上，努力想了很久昨天回到家又陪提莫做了些什么，什么都想不起来，只记住了提莫的那句我想爸爸回家，还有刚拿出手机准备写微博，却直接睡着了。 https://t.cn/RJw8Dkn
研制“胖五”心脏内这个不起眼的零件，科学家竟花费了12年
蒙蒙娱速递关注 2021-10-27 12:51
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长征五号B型运载火箭是我国目前近地轨道推力最大的运载火箭，氢泵叶轮是火箭液氢液氧发动机的核心关键部件，研发难度极大，不仅因为它的工作环境苛刻，还因为它的铸造强度比较低。使用粉末冶金成形的工艺方法，更加节省材料，可以承担较高的转速，并且更为可靠。什么是粉末冶金成形？粉末叶轮怎么做？他们如何助力长征五号首飞？
出品：格致论道讲坛
以下内容为中科院金属研究所研究员徐磊演讲实录：
我今天给大家分享的主题是“氢泵叶轮攻关记”。
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这张照片我们一定不太陌生，这是我国目前近地轨道推力最大的运载火箭：长征五号B型运载火箭。
在火箭液氢液氧发动机的心脏部位，有一个至关重要的核心部件，就是图片中画红框的位置。
为了这个核心关键部件，我和我的团队用了大概12年的时间，才把它研制成功，这个零件就叫“氢泵叶轮”。
我们首先看一下氢泵叶轮的工作环境和工作地点。
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左图是它工作在液氢液氧发动机的氢涡轮泵中，红圈的部位就是氢泵叶轮的工作地点。
右图是我们现在做的给长征五号配套的XX-77和XX-75D的氢泵叶轮。
它看起来不是那么大，怎么研制起来难度这么大，用了十几年的时间？
我们先要看一下它的工作环境。
氢泵叶轮工作在氢涡轮泵中，也就是液氢的环境中，是零下253度。
它的作用是将火箭体内大量低温低压的液态氢气高速输送到燃烧室中，与燃烧室中的液态氧气爆炸混合，对火箭产生推力。
如果想在短时间内将液态氢气输送到燃烧室中，叶轮的转速达到每分钟35000转。
在如此高的转速下，它的轮缘线速度达到每秒430米，这是什么概念呢？
声音的速度是每秒340米，它比声音的速度还要快。
为了更形象地介绍氢泵叶轮的工作环境到底有多么苛刻，我举一个例子。
2012年，我针对这个问题，向当时长征五号火箭的副总师王维彬请教。王总告诉我，液氢经过氢泵叶轮加压以后，泵后压力达到16.5兆帕。
这就意味着氢泵叶轮要在短时间内将液氢输送到两万多米的高空，也就相当于三个珠穆朗玛峰的高度。
这么严苛的使用环境，除了要求材料在低温下有很好的强度外，还要保证它能够平稳稳定地运转。
这就和汽车动平衡比较类似，如果汽车车轮动平衡不好，会带来几个问题：第一，方向盘抖动；第二，车轮抖动；第三，轮胎异响，可能还会翻车。
因为火箭发动机氢泵叶轮是输送动力的，如果它运转不平稳，火箭会因瞬间丧失动力而坠毁，这个恶果非常可怕。
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长征五号运载火箭研制初期，氢泵叶轮采取传统的精密铸造的方式来制备，但精密铸造有它本身难以克服的“缩孔、疏松”的铸造缺陷。
另外，它的铸造强度比较低，材料如此高强度地运转，经常会出现掉块的现象。
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如同照片中的红色部位，叶轮做完实验后，叶片掉一块，边缘也掉一块。
有时掉块恰好会堵住燃料管道，有一次堵住管道后把发动机试车台都烧红了，险些造成爆炸，酿成重大的安全事故。
此外，我们采用工业CT对叶轮的叶片进行了探伤，我们发现，它有一些“缩孔、疏松”的铸造缺陷。
这种缺陷在高速旋转的过程中，会给用户带来很大的安全隐患。
粉末冶金成形
用户一直为氢泵叶轮头疼，因为铸造叶轮出现这么多问题，就想着能不能采取一种新的成形工艺方法解决这个问题。
这个答案是肯定的。
因为早在上世纪八九十年代，美国和俄罗斯这种航天强国，他们也发现铸造叶轮存在安全隐患，纷纷采用粉末冶金成形的方式制造了氢泵叶轮，并获得了很好的效果。
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什么是粉末冶金成形？
简单地说，粉末冶金是精密铸造的升级版。
精密铸造采用的原材料是熔融的金属液体，它的成形方式是这样的：把金属液体熔化后，浇铸到预先制备的模壳中，模壳一般都是陶瓷材料所做的，金属液体在模壳中逐渐凝固，形成铸造合金，最后把模壳敲掉，得到精密铸件。
而粉末冶金采用的原料是松散的粉末颗粒，是将粉末填充到模具中，模具通常用术语，叫做“包套”。
包套的作用是容纳变形，紧接着松散的粉末颗粒在高温高压下发生烧结，致密化形成一个致密的粉末合金，最后再将包套去除掉，就得到了粉末零件。
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粉末冶金既然在国际上有这么多应用，美国和俄罗斯都纷纷采用这个方式制备氢泵叶轮，那么它有什么好处呢？
第一，省料。
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左上角是我们为航天用户做的一个盘件，我们的毛坯重量不到20公斤。
这个盘件交给用户后，用户再简单地加工几个安装边，打几个孔，就可以投入使用了，时间不超过一周。
而采用传统的铸造加锻造方式，第一个问题是费料。
这个毛坯的重量是150公斤，150公斤的毛坯交付给用户后，还要经过将近60天，也就是两个多月的精加工，然后上五轴加工中心铣出零件。
此外，由于这个饼子是锻造出来的，轮盘的边缘和中心还存在一些性能的差异，会在使用中带来安全隐患，用户也是不满意的。
另外，最重要的一点，粉末合金有一个无可比拟的天然优势，就是材质均匀、成分均匀。
下面这两张图是采用X射线三维成像技术得到的，就是对粉末合金的成分和锻造合金的成分进行切片扫描。
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图中色差变化不大的，就说明它的成分均匀、材质均匀性好。
右图是锻造的，可以发现黑色和白色的亮暗不同的条带，说明成分是不均匀的。
这种不均匀的材质如果是一个转动件，在转动过程中有很大的安全隐患，所以这就是粉末合金的另外一个优点。
我国是从什么时候开始研制粉末冶金成形部件，特别是粉末氢泵叶轮这个零件的呢？
我所在的金属研究所钛合金研究部，一直在持续追踪国际上先进钛合金的发展方向。
2005年，我们在国家的支持下，建成了国内第一台洁净雾化的钛合金制粉设备。
很有幸，2008年，我们承接了国家长征五号叶轮粉末冶金氢泵叶轮的研制项目，也就是从12年前，我国正式开始粉末冶金氢泵叶轮的研制工作。
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这台设备的作用，就是将右上角那块红布上放的致密的合金锻棒变成松散的合金粉末，就是预合金粉末。
粉末合金的制备
有了粉末后，我们就去制备粉末合金。我们要进行性能摸底，我们制备的粉末合金究竟能不能达到用户的使用要求？
粉末合金的制备分为以下几个部分。
第一，要制备包套。包套的英文单词是capsule，就是胶囊的意思。
大家都吃过感冒药，感冒胶囊外面有一层皮，里面是松散的药的粉末，而我们这个就是金属胶囊。
我们要将金属做成一个胶囊的形状，然后把金属颗粒，填充到包套即胶囊中去。
第三步就是对包套进行封装除气，然后进行最重要的一步：热等静压。
热等静压的目的是将松散的粉末变得致密化，最后得到致密的粉末合金。
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小朋友有可能会想，这个是不是在折腾啊？刚才刚把致密的棒料变成松散的粉末，现在又把松散的粉末压成了致密的棒料，这么折腾到底是为了啥？
第一，可以让它的材质更加均匀。第二，提高性能。
粉末冶金的环节非常多，而且影响因素也非常复杂，举两个影响工艺的最重要的环节。
一个是粉末填充，因为必须填充到一定的致密度，保证其稳定，才能保证后面工序的进行。
影响填充的一个最重要的因素就是粉末粒度，即粉末颗粒的大小对它到底有什么影响。
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左图就是洁净的雾化制粉机制备的粉末颗粒，它呈现一个完美的球形，但它是大大小小的球。
它的平均粒度大概是100个微米，就是两根或一根头发丝那么粗。如果要把这些松散的粉末填充到包套或模具中不太容易。
右上角的图是一个圆柱形的包套，靠重力加以振荡，基本上是能够进去的。
但是像右下角的图，它有很多流道，还有一些浇口、冒口以及补缩机构，这样填充起来就比较困难。
它不像水，如果水要灌到包套中，就可以流到各个角落，但是粉末就比较难了。
我们的解决方案是采用大颗粒和小颗粒相结合，因为大颗粒的流动性比较好，可以“骨碌”过去。
但是它填充性能比较差，因为它比较大，会堵住一些粉末模具中的间隙。
小颗粒的填充性非常好，因为它比较细小，可以填充到模具的各种角落中，但是由于团聚和静电吸附，它的流动性比较差。
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所以我们的解决方法就是大颗粒小颗粒相结合，而且摸索出一套行之有效的、可以达到一个良好致密度的填充方案。
现在我要着重介绍一下热等静压。
热等静压是钛合金粉末成形的一个重要方式，它的目的是使松散的粉末致密化。
“热等静压”这四个字，实际上包含了三个词，第一是“热”，第二是“压”。
热，顾名思义，我们要在热等压炉中给它提高很高的温度。
压，就是要压力给它压扁，压力是靠惰性气体，通常是高纯氩气来实现的。
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长征五号B型运载火箭是我国目前近地轨道推力最大的运载火箭，氢泵叶轮是火箭液氢液氧发动机的核心关键部件，研发难度极大，不仅因为它的工作环境苛刻，还因为它的铸造强度比较低。使用粉末冶金成形的工艺方法，更加节省材料，可以承担较高的转速，并且更为可靠。什么是粉末冶金成形？粉末叶轮怎么做？他们如何助力长征五号首飞？
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以下内容为中科院金属研究所研究员徐磊演讲实录：
我今天给大家分享的主题是“氢泵叶轮攻关记”。
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这张照片我们一定不太陌生，这是我国目前近地轨道推力最大的运载火箭：长征五号B型运载火箭。
在火箭液氢液氧发动机的心脏部位，有一个至关重要的核心部件，就是图片中画红框的位置。
为了这个核心关键部件，我和我的团队用了大概12年的时间，才把它研制成功，这个零件就叫“氢泵叶轮”。
我们首先看一下氢泵叶轮的工作环境和工作地点。
大图模式
左图是它工作在液氢液氧发动机的氢涡轮泵中，红圈的部位就是氢泵叶轮的工作地点。
右图是我们现在做的给长征五号配套的XX-77和XX-75D的氢泵叶轮。
它看起来不是那么大，怎么研制起来难度这么大，用了十几年的时间？
我们先要看一下它的工作环境。
氢泵叶轮工作在氢涡轮泵中，也就是液氢的环境中，是零下253度。
它的作用是将火箭体内大量低温低压的液态氢气高速输送到燃烧室中，与燃烧室中的液态氧气爆炸混合，对火箭产生推力。
如果想在短时间内将液态氢气输送到燃烧室中，叶轮的转速达到每分钟35000转。
在如此高的转速下，它的轮缘线速度达到每秒430米，这是什么概念呢？
声音的速度是每秒340米，它比声音的速度还要快。
为了更形象地介绍氢泵叶轮的工作环境到底有多么苛刻，我举一个例子。
2012年，我针对这个问题，向当时长征五号火箭的副总师王维彬请教。王总告诉我，液氢经过氢泵叶轮加压以后，泵后压力达到16.5兆帕。
这就意味着氢泵叶轮要在短时间内将液氢输送到两万多米的高空，也就相当于三个珠穆朗玛峰的高度。
这么严苛的使用环境，除了要求材料在低温下有很好的强度外，还要保证它能够平稳稳定地运转。
这就和汽车动平衡比较类似，如果汽车车轮动平衡不好，会带来几个问题：第一，方向盘抖动；第二，车轮抖动；第三，轮胎异响，可能还会翻车。
因为火箭发动机氢泵叶轮是输送动力的，如果它运转不平稳，火箭会因瞬间丧失动力而坠毁，这个恶果非常可怕。
大图模式
长征五号运载火箭研制初期，氢泵叶轮采取传统的精密铸造的方式来制备，但精密铸造有它本身难以克服的“缩孔、疏松”的铸造缺陷。
另外，它的铸造强度比较低，材料如此高强度地运转，经常会出现掉块的现象。
大图模式
如同照片中的红色部位，叶轮做完实验后，叶片掉一块，边缘也掉一块。
有时掉块恰好会堵住燃料管道，有一次堵住管道后把发动机试车台都烧红了，险些造成爆炸，酿成重大的安全事故。
此外，我们采用工业CT对叶轮的叶片进行了探伤，我们发现，它有一些“缩孔、疏松”的铸造缺陷。
这种缺陷在高速旋转的过程中，会给用户带来很大的安全隐患。
粉末冶金成形
用户一直为氢泵叶轮头疼，因为铸造叶轮出现这么多问题，就想着能不能采取一种新的成形工艺方法解决这个问题。
这个答案是肯定的。
因为早在上世纪八九十年代，美国和俄罗斯这种航天强国，他们也发现铸造叶轮存在安全隐患，纷纷采用粉末冶金成形的方式制造了氢泵叶轮，并获得了很好的效果。
大图模式
什么是粉末冶金成形？
简单地说，粉末冶金是精密铸造的升级版。
精密铸造采用的原材料是熔融的金属液体，它的成形方式是这样的：把金属液体熔化后，浇铸到预先制备的模壳中，模壳一般都是陶瓷材料所做的，金属液体在模壳中逐渐凝固，形成铸造合金，最后把模壳敲掉，得到精密铸件。
而粉末冶金采用的原料是松散的粉末颗粒，是将粉末填充到模具中，模具通常用术语，叫做“包套”。
包套的作用是容纳变形，紧接着松散的粉末颗粒在高温高压下发生烧结，致密化形成一个致密的粉末合金，最后再将包套去除掉，就得到了粉末零件。
大图模式
粉末冶金既然在国际上有这么多应用，美国和俄罗斯都纷纷采用这个方式制备氢泵叶轮，那么它有什么好处呢？
第一，省料。
大图模式
左上角是我们为航天用户做的一个盘件，我们的毛坯重量不到20公斤。
这个盘件交给用户后，用户再简单地加工几个安装边，打几个孔，就可以投入使用了，时间不超过一周。
而采用传统的铸造加锻造方式，第一个问题是费料。
这个毛坯的重量是150公斤，150公斤的毛坯交付给用户后，还要经过将近60天，也就是两个多月的精加工，然后上五轴加工中心铣出零件。
此外，由于这个饼子是锻造出来的，轮盘的边缘和中心还存在一些性能的差异，会在使用中带来安全隐患，用户也是不满意的。
另外，最重要的一点，粉末合金有一个无可比拟的天然优势，就是材质均匀、成分均匀。
下面这两张图是采用X射线三维成像技术得到的，就是对粉末合金的成分和锻造合金的成分进行切片扫描。
大图模式
图中色差变化不大的，就说明它的成分均匀、材质均匀性好。
右图是锻造的，可以发现黑色和白色的亮暗不同的条带，说明成分是不均匀的。
这种不均匀的材质如果是一个转动件，在转动过程中有很大的安全隐患，所以这就是粉末合金的另外一个优点。
我国是从什么时候开始研制粉末冶金成形部件，特别是粉末氢泵叶轮这个零件的呢？
我所在的金属研究所钛合金研究部，一直在持续追踪国际上先进钛合金的发展方向。
2005年，我们在国家的支持下，建成了国内第一台洁净雾化的钛合金制粉设备。
很有幸，2008年，我们承接了国家长征五号叶轮粉末冶金氢泵叶轮的研制项目，也就是从12年前，我国正式开始粉末冶金氢泵叶轮的研制工作。
大图模式.
这台设备的作用，就是将右上角那块红布上放的致密的合金锻棒变成松散的合金粉末，就是预合金粉末。
粉末合金的制备
有了粉末后，我们就去制备粉末合金。我们要进行性能摸底，我们制备的粉末合金究竟能不能达到用户的使用要求？
粉末合金的制备分为以下几个部分。
第一，要制备包套。包套的英文单词是capsule，就是胶囊的意思。
大家都吃过感冒药，感冒胶囊外面有一层皮，里面是松散的药的粉末，而我们这个就是金属胶囊。
我们要将金属做成一个胶囊的形状，然后把金属颗粒，填充到包套即胶囊中去。
第三步就是对包套进行封装除气，然后进行最重要的一步：热等静压。
热等静压的目的是将松散的粉末变得致密化，最后得到致密的粉末合金。
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小朋友有可能会想，这个是不是在折腾啊？刚才刚把致密的棒料变成松散的粉末，现在又把松散的粉末压成了致密的棒料，这么折腾到底是为了啥？
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粉末冶金的环节非常多，而且影响因素也非常复杂，举两个影响工艺的最重要的环节。
一个是粉末填充，因为必须填充到一定的致密度，保证其稳定，才能保证后面工序的进行。
影响填充的一个最重要的因素就是粉末粒度，即粉末颗粒的大小对它到底有什么影响。
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左图就是洁净的雾化制粉机制备的粉末颗粒，它呈现一个完美的球形，但它是大大小小的球。
它的平均粒度大概是100个微米，就是两根或一根头发丝那么粗。如果要把这些松散的粉末填充到包套或模具中不太容易。
右上角的图是一个圆柱形的包套，靠重力加以振荡，基本上是能够进去的。
但是像右下角的图，它有很多流道，还有一些浇口、冒口以及补缩机构，这样填充起来就比较困难。
它不像水，如果水要灌到包套中，就可以流到各个角落，但是粉末就比较难了。
我们的解决方案是采用大颗粒和小颗粒相结合，因为大颗粒的流动性比较好，可以“骨碌”过去。
但是它填充性能比较差，因为它比较大，会堵住一些粉末模具中的间隙。
小颗粒的填充性非常好，因为它比较细小，可以填充到模具的各种角落中，但是由于团聚和静电吸附，它的流动性比较差。
大图模式
所以我们的解决方法就是大颗粒小颗粒相结合，而且摸索出一套行之有效的、可以达到一个良好致密度的填充方案。
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热等静压是钛合金粉末成形的一个重要方式，它的目的是使松散的粉末致密化。
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