中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料獲重大突破 強(qiáng)度質(zhì)量超美國

航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為飛機(jī)的心臟,其核心部件葉片的承溫能力直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。據(jù)報(bào)道,南京理工大學(xué)材料評價(jià)與設(shè)計(jì)教育部工程研究中心陳光教授的研究團(tuán)隊(duì)所研制的新型鈦鋁合金的承溫能力能夠達(dá)到900℃以上,比現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件材料的耐高溫能力提高150～250℃以上。其相關(guān)研究成果發(fā)表在2016年6月的 《自然材料》雜志上。

據(jù)悉,目前制成我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件葉片的材料是鎳基合金,其耐高溫能力在650～750℃之間,溫度一旦更高,材料就會(huì) “蠕變”即慢慢地發(fā)生變形。

相比鎳基合金,鈦鋁合金不僅有著自身質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn),還有著強(qiáng)度大、塑性高等特點(diǎn)。

據(jù)了解,陳光教授的團(tuán)隊(duì)在國家 “973計(jì)劃”等項(xiàng)目資助下,設(shè)計(jì)出鈦鋁合金家族的新成員 “聚片雙晶鈦鋁單晶” （PST鈦鋁單晶）,不僅使其強(qiáng)度、塑性大大地增強(qiáng),其耐高溫能力更是達(dá)到900℃以上。

專家介紹,美國GE公司曾經(jīng)研制出一種代號(hào)為 “4822”、耐高溫能力在650～750℃的鈦鋁合金,替代鎳基高溫合金,僅僅制造了一款發(fā)動(dòng)機(jī)的最后兩級低壓渦輪葉片,就使得單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減重約90.719 kg,節(jié)油20%,氮化物的排放量減少80%,噪音顯著地降低。將其用于波音787飛機(jī),2007年試飛成功,2009年正式投入商業(yè)運(yùn)營,成為當(dāng)時(shí)航空與材料領(lǐng)域轟動(dòng)性的進(jìn)展。

“我們的材料一旦應(yīng)用到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片上,對于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的減重、降噪、節(jié)油等作用,將更加顯著。”陳光說。

“通常鎳基單晶高溫合金的承溫能力每提高25～30℃,即為一代新合金。”前來參加發(fā)布會(huì)的北京航空材料研究院曹春曉院士說,陳光教授的團(tuán)隊(duì)發(fā)明的這一新材料,一下將承溫能力提高了150～250℃以上,是一個(gè)重大的突破,屬于我國原創(chuàng)性、引領(lǐng)性的科技成果, “這項(xiàng)關(guān)鍵材料技術(shù)誕生于我國,是我們國家和民族的驕傲與自豪！不僅對我國的航空航天事業(yè)的發(fā)展具有重大的價(jià)值,有助于中國飛機(jī)有一顆更強(qiáng)的 ‘中國心',也必將對維護(hù)世界和平、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展起到積極的作用?！?/p>

為縮短我國與歐美發(fā)達(dá)國家的差距,我國已將航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)列為 “重大科技項(xiàng)目”,并于2016年3月正式成立了 “中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司”。

長期從事高溫結(jié)構(gòu)材料研究的中國科學(xué)院金屬研究所袁超研究員認(rèn)為,南京理工大學(xué)應(yīng)盡快地完成該合金的全面性能測試,將其真正地應(yīng)用于我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片制造。