中國航空發(fā)動機材料重大突破:壽命超美國2個數(shù)量級

  航空發(fā)動機被譽為飛機的心臟,其核心部件葉片的承溫能力直接決定著發(fā)動機的性能。昨天,南京理工大學(xué)召開新聞發(fā)布會,該校陳光教授團隊研制的新型鈦鋁合金承溫能力能夠達到900℃以上,比現(xiàn)有發(fā)動機核心部件材料的耐高溫能力提高150℃-250℃以上。6月20日,國際頂級期刊《自然材料》在線發(fā)表了其相關(guān)成果。

  發(fā)布會上專家介紹,目前制成我國航空發(fā)動機核心部件葉片的材料是鎳基合金,其耐高溫能力在650℃-750℃,溫度一旦更高,材料就會“蠕變”即慢慢發(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,還有著強度大、塑性高等特點。

  據(jù)了解,南京理工大學(xué)材料評價與設(shè)計教育部工程研究中心陳光教授團隊在國家973計劃等資助下,設(shè)計出鈦鋁合金家族的新成員“聚片雙晶鈦鋁單晶”(PST鈦鋁單晶),不僅使其強度、塑性大大增強,其耐高溫能力更是達到900℃以上。

  專家介紹,美國GE公司曾經(jīng)研制出一種代號為“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)動機的最后兩級低壓渦輪葉片,就使得單臺發(fā)動機減重約200磅,節(jié)油20%,氮化物排放量減少80%,噪音顯著降低,用于波音787飛機,2007年試飛成功,2009年正式投入商業(yè)運營,成為當時航空與材料領(lǐng)域轟動性的進展。

  “我們的材料一旦應(yīng)用到整個發(fā)動機的葉片上,對于飛機發(fā)動機的減重、降噪、節(jié)油等作用,將更加顯著?!标惞庹f。

  “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?!鼻皝韰⒓影l(fā)布會的北京航空材料研究院曹春曉院士說,陳光教授團隊發(fā)明的這一新材料,一下將承溫能力提高了150℃-250℃以上,是重大突破,屬于我國原創(chuàng)性、引領(lǐng)性的科技成果,“這項關(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)展具有重大價值,有助于中國飛機有一顆更強的‘中國心’,也必將對維護世界和平、促進社會發(fā)展起到積極作用。”

  為縮短我國與歐美發(fā)達國家的差距,我國已將航空發(fā)動機和燃氣輪機列為“重大科技項目”,并于2016年3月正式成立了“中國航空發(fā)動機集團有限公司”。

  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為,接下來,南理工應(yīng)盡快完成該合金全面性能測試,真正應(yīng)用于我國航空發(fā)動機的葉片制造。