圖片為國產某新型發動機的渦輪葉片,葉片技術是航空發動機零件中非常重要的第一類零件技術,發動機性能指標的高低都直接受益片設計水平和制造質量的影響,航空發動機渦輪葉片,是航空發動機中承受溫度荷載最劇烈和工作環境最惡劣的部件之一,在高達1500℃的高溫下,要承受很大很復雜的應力,又要保持上萬轉的高速運動,因而對其材料的要求極為苛刻。
同時窩輪葉片具有品種多,數量大設計制造周期長等特點,他的設計制造工作量約占整機制造工作量的1/3。因此如何質優高效地設計出葉片,對于提高航空發動機設計質量,縮短研制周期都具有重要意義。自上世紀四五十年代以來,中國航空工業對航空發動機渦輪葉片用材料,國內都投入了大量的人力、物力進行研究,研制出了不同的系列,滿足了航空發動機發展的需求。
但實際上,我國在渦輪葉片材料加工技術上面臨著巨大落差,無論從生產設備工藝水平還是材料的理論研究和檢測實驗都與美國、俄羅斯、法國、英國等發動機強國相差甚遠,要想趕上他們的發動機重點就在材料,核心就是材料技術的突破。自一九五七年我國成功研制出第一種渦輪葉片材料GH4033開始,我國在渦輪葉片的高溫合金技術就一直落后歐美近三十至四十年的差距,比如當前美國第四大航空發動機已經開始第三代第四代單晶材料。但我國直到二零一五年才開始使用第二代單晶材料,差距由此可見。
毫不夸張地講,中國發動機落后其實就是發動機材料技術的落后。軍事專家雷澤先生告訴記者,現在高溫合金具有優異的高溫強度,良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,良好的抗疲勞性能和斷裂韌性等綜合性能。以成為當代航空發動機渦輪葉片、導向葉片、渦輪盤等高溫部件的關鍵材料。比如美國的F-22戰斗機使用的F-119第四代航空發動機使用高溫合金中,以稀土材料為主的粉末渦輪盤高溫合金和單晶高溫合金的應用量已經發到50%。
所以中國要想在航空發動機逆襲美國。如何研制以鎳、錸、鉬、鈷基高溫合金,已經成為中國航空工業發展航空發動機的關鍵問題。不過雖然我國的稀土儲量位居世界第一,出口總量達到世界的近百分之九十,但實際上稀土相關金屬儲量卻比較貧瘠。尤其是在制造高端航空發動機,最不可缺少的鎳、錸、鉬、鈷基高溫合金領域長期受制于人。
但中國工業高速發展,對鈷材料這種稀土貴金屬的需求量很大。實際上中國近年來一直在海外尋找這種金屬,比如世界上儲量比較大的澳大利亞、玻利維亞、贊比亞和剛果等國家。但長期以來由于鈷、鎳、錸、鉬等稀土金屬的開采和銷售,都被西方發達國家壟斷。這些材料的定價和銷售中國參與不了,也說不上話。
所以中國企業已經開始在海外自己找礦開采,例如中國洛陽鉬業收購了剛果最大的銅鈷礦,該礦擁有大約雖然中國擁有世界上鈷材料的百分之七十儲量份額,三百萬噸鈷礦,可以供中國使用五十年。此外中國五礦集團還在收購美洲礦業公司,來開場南美的稀土材料礦業,可以說中國企業積極參與海外礦產資源。已經開始打破西方的壟斷,為中國發展第三代單晶技術和現代高溫合金奠定了堅實的基礎。
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