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中國航空發(fā)動機新材料有多牛承受117噸重量不變形

2017-09-05 15:25:21 作者：本網(wǎng)整理來源：新浪軍事分享至：

2017年9月2日，隨著《經(jīng)濟半小時》一檔欄目的播出，一家名叫航宇超合金技術有限公司得到廣泛的關注。，這家公司雖然默默無聞，卻干出了大事，他們一舉突破了航空發(fā)動機金屬錸單晶葉片制造難題，達到了國際先進水平。這將直接推動我國航空發(fā)動機突破瓶頸期，完成以渦扇-15為代表的第三代發(fā)動機研發(fā)成功。

航空發(fā)動機難，難就難在單晶葉片。航空發(fā)動機葉片一般使用合金材料鑄造而成，當材料被鑄造時，分子和原子結合在一起會形成晶粒，這些晶粒鑄造初期會以晶核為核心向外排列。但因為沒有外力作用，會排列的亂七八糟沒有規(guī)律，晶粒和晶粒之間有破碎斷裂帶，導致其整個晶體上各部位熔點不一致、受力能力也不一致。做成發(fā)動機葉片時，由于其工作在1700°左右的高溫環(huán)境，會瞬間斷裂解體，為此，工程師們都要求發(fā)動機葉片必須是單晶葉片，這些葉片里晶粒的排列非常有序，在溫度和力學特性上非常好。

但問題卻沒有這么簡單解決，由于大多數(shù)合金材料的的熔點較低，根本無法承受1700°的高溫，單晶葉片內(nèi)部還必須做成具備多種溝壑的空心狀。由于這種形狀非均勻分布，帶來兩個問題，第一是整個發(fā)動機葉片各個部位仍然受力不均勻，第二是某些部位會自然而然的比其他部位承熱很多。

唯有同時加強合金材料的熔點和強度，才能做出真正合格的發(fā)動機單晶葉片，這種關鍵性的材料就是金屬錸。這種金屬的熔點高達3180℃，扛拉伸強度超過1172MPa，相當于一平方厘米上承受117噸重量不變形。此外，該金屬最神奇的地方在于高溫和急冷急熱狀態(tài)下轉換時基本不會出現(xiàn)熱脹冷縮，由該材料制造的發(fā)動機噴管可以承受10萬次熱疲勞循環(huán)，是當前世界各國先進發(fā)動機制造的首選材料。

正是這一材料的制備一直以來是我國的攔路虎。錸礦在世界上本就非常稀有，在地殼中的每1萬噸礦石內(nèi)才平均含有1千克錸礦，且這些錸礦大多存在于鉬、銅、鉛等礦石當中，難以開采。以前我國錸礦基本都靠進口無法自產(chǎn)，因此錸合金單晶葉片的制造也就一直受制于人，而就是成都航宇超合金技術有限公司這家公司的母公司陜西煉石礦業(yè)公司2010年在陜西商洛縣黃龍鋪鉬礦區(qū)礦山中斟探到錸，儲量達到176噸。在這之前，我國錸礦探明儲量只有幾十噸，此礦一出，我國錸礦儲量一躍成為世界第三，僅次于美國和俄羅斯。

光探明該礦還不行，成都航宇超合金技術有限公司又用一年的時間突破了錸礦的提純方法，真正意義上實現(xiàn)了我國自主開采自主提純，然而提純后賣到哪里該公司開始犯難了。國內(nèi)市場上沒需求，國際市場被美國控制，考慮到全世界80%的錸礦用于生產(chǎn)航空發(fā)動機單晶葉片，該公司做出了一個歷史性的決定，生產(chǎn)發(fā)動機單晶葉片。

這是一個雄心勃勃的計劃，但一家民企想做到全國其他單位都無法做成的事情確實很有難度，他們首先通過國家政策支持引進了一大批科技人才組建了研發(fā)隊伍，然后開始在國際市場上尋求制造單晶葉片的關鍵設備——錸合金加工單晶爐。這種設備可以將錸金屬合金粉末材料融化，在惰性氣體環(huán)境下，并采取拉伸法直接造成錸合金單晶體，最后通過英國商人搞到了該產(chǎn)品。

成都航宇超合金技術有限公司于2013年完成了8億元的投資，計劃于2015年完成生產(chǎn)線搭建，并于當年生產(chǎn)出了第一爐錸合金單晶葉片，而使用該葉片的我國新型發(fā)動機在今年已經(jīng)完成了150小時的試車，達到了首飛標準要求。據(jù)中國科學院工程熱物理所輕型動力實驗室實任徐綱稱這款發(fā)動機已在耗油率、壽命上達到了國際先進標準，而航宇超合金技術有限公司的單晶葉片成品率也達到了國內(nèi)最高。

航宇超合金技術有限公司的母公司陜西煉石礦業(yè)的信息顯示，該公司投產(chǎn)的錸合金生產(chǎn)線，一年可產(chǎn)80噸錸高溫合金，而錸合金單晶葉片生產(chǎn)線則能年產(chǎn)55000片，這意味著什么呢？一臺航空發(fā)動機的葉片只有60片，而該公司一年提供的發(fā)動機葉片就能生產(chǎn)916臺發(fā)動機，這樣高的產(chǎn)量我國自己錸礦都不夠，2014年美國媒體報道，中國正在從美國大量進口錸金屬，年進口量達5噸，這幾乎等于為F-35生產(chǎn)發(fā)動機的普惠公司整個全年的錸金屬消耗量。

可以想見，在該發(fā)動機葉片為核心的我國新型發(fā)動機正式投產(chǎn)后，我國飛機必將迎來一個換發(fā)的高潮，讓中國飛機真正走出心臟病！