再说一个比浪漫还要浪漫的故事。
昨天说了，金元素在地球上是很稀缺的，因为地球无法产生金这样的重金属，而碳元素，在地球上有的是，因此，由碳高温高压而生成的钻石，其实没有那么稀缺。
那为什么钻石的价格这么珍贵呢？因为老外们的营销做的好呀！
1870年，南非矿工意外发现了一个大钻石矿，以当时的工业能力，每年可以挖好几吨钻石出来。这个产量必然会极大拉低当时全球的钻石价格，西方几个钻石企业立刻慌了，最终他们想了一个办法。
几大钻石巨头联合成立了戴比尔斯钻石公司，这样一联合后，基本上全球的钻石矿，都在他们手上了（80%），垄断了钻石矿，剩下就容易了。
既然物以稀为贵，全球的钻石矿又都在我这，我干嘛死命开采呢？
我每年只开采一定数量，保证钻石市场的供需平衡，不就行了？
戴比尔斯开始有意控制钻石产量。
供应端握住后，接下来就是需求端。
当时钻石主要的用途是工业切割，而戴比尔斯想出了一个办法，把钻石和爱情绑定。
他们在大量电影中植入钻石求婚的情节，并想了一个非常非常精妙的广告语
“钻石恒久远，一颗永流传”
除了电影，他们还投放了杂志，报纸，甚至在1950年，他们就开始地推，戴比尔斯派出大量讲师，去全美国各大高中，办讲座、演话剧。巧妙地植入“钻石与爱情”的概念，让千万高中生，还没到结婚年龄，就开始渴望钻石。
不得不说这是一套完美的营销组合拳，它成功的把钻石和爱情的永恒挂钩了起来，有谁不希望自己的爱情永不褪色呢？钻石就此成为了求婚必需品。
并且他还告诉你，钻石越大，真心越真！还等什么，赶紧买大钻石结婚去吧，钻石都不买，你还好意思说爱她！！！
供需两端双管齐下，钻石价格4年内就涨了近50%，并成为婚礼必需品，戴比尔斯大赚特赚。
但是，没赚两年，新的入局者出现了。
西非也发现了大量钻石矿，各路军阀都在开采，打破了他们垄断，怎么办？
首先，从道德上，他们表示，这些冲突地区的钻石开采是有血色的，是冲突钻石，要抵制。
其次，从技术上，他们上线了钻石的四种切法，十八刻面，各种眼花缭乱的技术标准。表示，钻石重要，但好的切工同样重要，只有伦敦城百年老字号里的老师傅，用双曲面4C切法切出来钻石才值钱，你懂什么叫匠人精神吗！
西非一群小国哪有这技术，也没有切割设备，立马被玩的一愣一愣的。
戴比尔斯再次稳住了市场，继续大赚特赚。
但没有人注意到，遥远的东方，有一个新的挑战者出现了。
中国一直以来就缺少钻石，但中国的精密机械、石油开采、冶金、地质勘探和电子工业都迫切需要工业钻石，这不是一个时尚问题，而是关乎中国工业发展的生死问题。
而进口钻石，贵不说，还可能被封锁。
在这样的情况下，中国想到了一个大胆的思路，自己造。
如果钻石代表了亘古至今至死不变的浪漫，那么我们就超越浪漫
1960年10月，人造金刚石的121课题被批准。
1963年12月6日晚，在北京通用机械研究所高压试验室，中国第一颗人造金刚石诞生。
1965年8月，中国第一台拥有自主知识产权的六面顶压机安装完成，并在第二年投入批量生产，当年就生产了1万克拉人造金刚石。
1968年，中国人造金刚石产量已经达到了6万克拉，初步缓解了中国工业的燃眉之急。
1966年起，郑州三磨所向国内的几个砂轮厂传授推广了人造金刚石生产技术，人造金刚石技术开始在国内遍地开花。
就这样到了21世纪，中国的人造钻石技术，早已经独步天下，世界90%的人造钻石，都是来自中国的。中国一年能生产200亿克拉的钻石。当然，这些大多是有色的工业用钻石。
但是，问题在于，技术是会进步的呀，随着中国人造钻石技术越来越发达，人造钻石品质越来越好，不但在工业领域取代天然钻石，在珠宝行业也开始威胁到天然钻石了。越来越多人造钻石，开始出现在珠宝市场。
一开始，戴比尔斯还想拿出切工这一套来卡门槛，但问题在于，中国连人造钻石都搞定了，还能被切工难倒吗？
十八刻面？我给你切二十八个刻面都没问题，你想要几个刻面我就给你刻几个。
5克拉钻石，挥泪大甩卖，八星八箭，完美抛光！
你没听错，不要9998，也不是998，而是，99点8！！！
即刻拨打订购电话，前100位还送中国河南特产！！！
于是，戴比尔斯转而强调纯度，因为当时人工钻石精度不够，纯度比不上天然钻石。
但很快人工钻石技术进化，纯度比天然钻石还高了，戴比尔斯立马表示，有瑕疵的才是天然的！
最后，戴比尔斯实在没办法，和其他自然钻石企业们联合想出了一个新口号
Real is Rare，Real is Diamond ——“珍如此心，真如此钻”
自然钻石，才叫真钻石，才能代表真心，才是爱你[并不简单]
但口号再好也难以阻挡时代大潮，人造钻石色泽质地都比天然的好，重点是成本还低，而且即便是专业珠宝匠也很难区分两者（就一样的东西你告诉我怎么区分）
而且，人造钻石还打出了绝杀，表示你们天然钻石开采，要移动土壤要影响生态对吧，而我们人造钻石实验室生产，消耗能源更少，排放碳更少，并且技术进步会越来越少，所以我们更环保！（我提前预判了你的牌并反向打牌）
最终，2018年，那个曾经告诉你钻石恒久远一颗永流传的戴比尔斯表示
— — “为了让所有人都能买到便宜实惠的时尚首饰，今天开始我也卖人造钻石”
说好的钻石恒久远，说好的真心真爱呢！
别问，问就是“爱过”
最后，有人可能会问，那么目前人造钻石发展到什么样了呢？
其实，就在前两天的上海#进博会# 上，有一家中国公司征世科技，展出过16.42克拉的超级钻石，（汪峰求婚章子怡用的超大钻石，9克拉）
这颗钻石高净高色，克拉数、品质均有较大突破，有望刷新新的人工钻石世界纪录。
它目前就在消费品馆，有兴趣的小伙伴可以去围观一下。
人类的理想和智慧，比一千颗钻石还要璀璨
昨天说了，金元素在地球上是很稀缺的，因为地球无法产生金这样的重金属，而碳元素，在地球上有的是，因此，由碳高温高压而生成的钻石，其实没有那么稀缺。
那为什么钻石的价格这么珍贵呢？因为老外们的营销做的好呀！
1870年，南非矿工意外发现了一个大钻石矿，以当时的工业能力，每年可以挖好几吨钻石出来。这个产量必然会极大拉低当时全球的钻石价格，西方几个钻石企业立刻慌了，最终他们想了一个办法。
几大钻石巨头联合成立了戴比尔斯钻石公司，这样一联合后，基本上全球的钻石矿，都在他们手上了（80%），垄断了钻石矿，剩下就容易了。
既然物以稀为贵，全球的钻石矿又都在我这，我干嘛死命开采呢？
我每年只开采一定数量，保证钻石市场的供需平衡，不就行了？
戴比尔斯开始有意控制钻石产量。
供应端握住后，接下来就是需求端。
当时钻石主要的用途是工业切割，而戴比尔斯想出了一个办法，把钻石和爱情绑定。
他们在大量电影中植入钻石求婚的情节，并想了一个非常非常精妙的广告语
“钻石恒久远，一颗永流传”
除了电影，他们还投放了杂志，报纸，甚至在1950年，他们就开始地推，戴比尔斯派出大量讲师，去全美国各大高中，办讲座、演话剧。巧妙地植入“钻石与爱情”的概念，让千万高中生，还没到结婚年龄，就开始渴望钻石。
不得不说这是一套完美的营销组合拳，它成功的把钻石和爱情的永恒挂钩了起来，有谁不希望自己的爱情永不褪色呢？钻石就此成为了求婚必需品。
并且他还告诉你，钻石越大，真心越真！还等什么，赶紧买大钻石结婚去吧，钻石都不买，你还好意思说爱她！！！
供需两端双管齐下，钻石价格4年内就涨了近50%，并成为婚礼必需品，戴比尔斯大赚特赚。
但是，没赚两年，新的入局者出现了。
西非也发现了大量钻石矿，各路军阀都在开采，打破了他们垄断，怎么办？
首先，从道德上，他们表示，这些冲突地区的钻石开采是有血色的，是冲突钻石，要抵制。
其次，从技术上，他们上线了钻石的四种切法，十八刻面，各种眼花缭乱的技术标准。表示，钻石重要，但好的切工同样重要，只有伦敦城百年老字号里的老师傅，用双曲面4C切法切出来钻石才值钱，你懂什么叫匠人精神吗！
西非一群小国哪有这技术，也没有切割设备，立马被玩的一愣一愣的。
戴比尔斯再次稳住了市场，继续大赚特赚。
但没有人注意到，遥远的东方，有一个新的挑战者出现了。
中国一直以来就缺少钻石，但中国的精密机械、石油开采、冶金、地质勘探和电子工业都迫切需要工业钻石，这不是一个时尚问题，而是关乎中国工业发展的生死问题。
而进口钻石，贵不说，还可能被封锁。
在这样的情况下，中国想到了一个大胆的思路，自己造。
如果钻石代表了亘古至今至死不变的浪漫，那么我们就超越浪漫
1960年10月，人造金刚石的121课题被批准。
1963年12月6日晚，在北京通用机械研究所高压试验室，中国第一颗人造金刚石诞生。
1965年8月，中国第一台拥有自主知识产权的六面顶压机安装完成，并在第二年投入批量生产，当年就生产了1万克拉人造金刚石。
1968年，中国人造金刚石产量已经达到了6万克拉，初步缓解了中国工业的燃眉之急。
1966年起，郑州三磨所向国内的几个砂轮厂传授推广了人造金刚石生产技术，人造金刚石技术开始在国内遍地开花。
就这样到了21世纪，中国的人造钻石技术，早已经独步天下，世界90%的人造钻石，都是来自中国的。中国一年能生产200亿克拉的钻石。当然，这些大多是有色的工业用钻石。
但是，问题在于，技术是会进步的呀，随着中国人造钻石技术越来越发达，人造钻石品质越来越好，不但在工业领域取代天然钻石，在珠宝行业也开始威胁到天然钻石了。越来越多人造钻石，开始出现在珠宝市场。
一开始，戴比尔斯还想拿出切工这一套来卡门槛，但问题在于，中国连人造钻石都搞定了，还能被切工难倒吗？
十八刻面？我给你切二十八个刻面都没问题，你想要几个刻面我就给你刻几个。
5克拉钻石，挥泪大甩卖，八星八箭，完美抛光！
你没听错，不要9998，也不是998，而是，99点8！！！
即刻拨打订购电话，前100位还送中国河南特产！！！
于是，戴比尔斯转而强调纯度，因为当时人工钻石精度不够，纯度比不上天然钻石。
但很快人工钻石技术进化，纯度比天然钻石还高了，戴比尔斯立马表示，有瑕疵的才是天然的！
最后，戴比尔斯实在没办法，和其他自然钻石企业们联合想出了一个新口号
Real is Rare，Real is Diamond ——“珍如此心，真如此钻”
自然钻石，才叫真钻石，才能代表真心，才是爱你[并不简单]
但口号再好也难以阻挡时代大潮，人造钻石色泽质地都比天然的好，重点是成本还低，而且即便是专业珠宝匠也很难区分两者（就一样的东西你告诉我怎么区分）
而且，人造钻石还打出了绝杀，表示你们天然钻石开采，要移动土壤要影响生态对吧，而我们人造钻石实验室生产，消耗能源更少，排放碳更少，并且技术进步会越来越少，所以我们更环保！（我提前预判了你的牌并反向打牌）
最终，2018年，那个曾经告诉你钻石恒久远一颗永流传的戴比尔斯表示
— — “为了让所有人都能买到便宜实惠的时尚首饰，今天开始我也卖人造钻石”
说好的钻石恒久远，说好的真心真爱呢！
别问，问就是“爱过”
最后，有人可能会问，那么目前人造钻石发展到什么样了呢？
其实，就在前两天的上海#进博会# 上，有一家中国公司征世科技，展出过16.42克拉的超级钻石，（汪峰求婚章子怡用的超大钻石，9克拉）
这颗钻石高净高色，克拉数、品质均有较大突破，有望刷新新的人工钻石世界纪录。
它目前就在消费品馆，有兴趣的小伙伴可以去围观一下。
人类的理想和智慧，比一千颗钻石还要璀璨
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
大图模式
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”。
大图模式
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。
大图模式
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。
大图模式
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。
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。
蒙蒙娱速递关注 2021-10-27 12:51
大图模式
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”。
大图模式
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。
大图模式
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。
大图模式
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。
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。
#11号0点开抢#拍送面膜3片+前2w名送洗脸巾
珀莱雅 水动力套装+赠品4件套【79起】
到手洁面100ml+水135ml+面膜3片+洗脸巾
采用新的控油抑粉刺配方VB6能够从根源缓解油脂分泌，预防闭口和粉刺！PCA锌可以清理肌肤多余油脂，收敛粗大毛孔，从根本控制水油平衡，痘痘才能不容易生长
洗面奶也是氨基酸洁面，洗完皮肤不会假滑，清洁力还可以，敏感肌的姐妹可以日常清洁
珀莱雅 水动力套装+赠品4件套【79起】
到手洁面100ml+水135ml+面膜3片+洗脸巾
采用新的控油抑粉刺配方VB6能够从根源缓解油脂分泌，预防闭口和粉刺！PCA锌可以清理肌肤多余油脂，收敛粗大毛孔，从根本控制水油平衡，痘痘才能不容易生长
洗面奶也是氨基酸洁面，洗完皮肤不会假滑，清洁力还可以，敏感肌的姐妹可以日常清洁
✋热门推荐