航空发动机是迄今为止人类历史上最复杂的工程机械系统之一,作为飞机的心脏,它直接影响飞机的性能,是一个国家科技水平与经济实力的重要体现。
目前,美国与英国在世界航空发动机市场中扮演着领头羊的角色,而中国一直希望成为第三个占据民用航空发动机主要市场的国家。虽然这一天还没有到来,但科学家们决定先制造出当今世界上最高效的发动机叶片。
2006年,欧洲最大的航空发动机企业罗罗公司准备生产一款更省油的发动机。这款发动机要求用钛铝叶片制作,制造难度极高,这个艰巨的任务落到了中国科学院金属研究所的研究员们身上。
为什么罗罗公司一定要求用钛铝合金制作发动机叶片呢?
目前航空发动机采用的高温合金一般为镍基高温合金,它在600-1000℃范围内具备较高的强度和抗腐蚀能力,缺点就是重量较大,从而增加了发动机的重量,让飞机结构重量进一步增加。而钛铝合金作为新一代耐高温合金具有许多优良的性能,它强度高、稳定性好,密度却只有传统镍基合金的一半,能提高20%的燃油效率。因此成为发动机制造商疯狂追逐的对象,罗罗公司也不例外。但为了降低成本,他们提出了更高的要求:钛铝叶片只能一体成型。
一体成型的制造过程类似蒸蛋,需要把液体装入容器定形,听起来很简单。然而对于钛铝合金来说,要找到一个合适的“碗” 困难重重。因为钛的化学活性很强,只有三种陶瓷材料不会和钛发生反应。一种是氧化钍,但是钍有放射性不能用;一种是氧化钙,但是氧化钙吸潮,无法保存也不能用;最后一种就是氧化钇,但它表面是粉末状的,很容易脱落掉渣污染钛铝熔液,造成叶片精度不够。
德国科学家曾通过计算机模拟得出结论:这几乎是一个不可能完成的任务。但中国科学院金属研究所的研究团队并没有迷信理论,而是集合了一支多领域的队伍决定迎难而上。
几位不同领域的科学家聚集在一起花了整整10年时间,经历过无数次失败后终于调制出一种特殊的黏结剂,让氧化钇不再掉渣,解决了叶片的容器问题。最终,世界上第一个一体成型的钛合金涡轮叶片就这样在中国诞生了,这种叶片将被罗罗公司搭载在世界最高效的发动机上。相信在不远的将来,我们也会在中国人自己的航空发动机上见到钛合金涡轮叶片的使用。
参考网站:
[1] 中央电视台:《创新中国》
[2] 新浪军事:《国产900度钛铝合金研成:性能超发达国家 助航发升级》
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