我新型鈦鋁合金有望用于航空發(fā)動機(jī)

　　[導(dǎo)讀] 南京理工大學(xué)陳光教授團(tuán)隊在國家973計劃等資助下，經(jīng)長期研究，在新型航空航天材料鈦鋁合金方面取得跨越性突破。

　　原標(biāo)題：我新型鈦鋁合金有望用于航空發(fā)動機(jī)

　　關(guān)鍵性能指標(biāo)“甩美國幾條街”

　　科技日報南京6月21日電 （記者張曄）南京理工大學(xué)陳光教授團(tuán)隊在國家973計劃等資助下，經(jīng)長期研究，在新型航空航天材料鈦鋁合金方面取得跨越性突破。6月20日，相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然材料》上。其室溫拉伸塑性、屈服強(qiáng)度、高溫抗蠕變性能、承溫能力等關(guān)鍵性能指標(biāo)處于國際領(lǐng)先，超過美國同類材料1—2個數(shù)量級。

　　2007年，波音787飛機(jī)試飛成功。這種新型飛機(jī)可節(jié)油20％，氮化物（NOx）排放量減少80％，噪音顯著降低，從而引發(fā)全球關(guān)注。

　　這種飛機(jī)發(fā)動機(jī)由美國通用電氣（GE）公司研制，采用Ti-48Al-2Cr-2Nb（以下簡稱4822）合金替代鎳基高溫合金，制造出最后兩級低壓渦輪葉片。

　　這是鈦鋁合金首次應(yīng)用在航空發(fā)動機(jī)上。

　　GE公司采用的4822合金也稱不上完美，它的室溫拉伸塑性不到2％，雖然足以傲視其他金屬間化合物，但它跟鎳基合金比起來還是顯得太脆了。因此，GE公司把它用在了環(huán)境溫度、危險系數(shù)最低的末端兩級葉片上，這樣即使發(fā)生折斷也不會導(dǎo)致整架飛機(jī)失控。

　　美國人這么做是看重鈦鋁合金的密度僅為鎳基合金的一半。在以克為減重單位的飛機(jī)發(fā)動機(jī)上，GE公司使單臺發(fā)動機(jī)減重約200磅，成為當(dāng)時航空與材料領(lǐng)域轟動性的進(jìn)展。

　　因此，鈦鋁合金成為目前公認(rèn)的替代鎳基高溫合金的最佳新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

　　陳光教授團(tuán)隊的研究成果在材料性能上實現(xiàn)了三大突破：

　　一是室溫拉伸塑性和屈服強(qiáng)度極大提升，分別高達(dá)6.9％和708MPa，抗拉強(qiáng)度高達(dá)978MPa，實現(xiàn)了高強(qiáng)高塑的優(yōu)異結(jié)合。二是抗蠕變性能優(yōu)異。三是承溫能力大大提高。

    航空發(fā)動機(jī)被譽(yù)為飛機(jī)的心臟，受制于基礎(chǔ)研究能力不足，目前我國民用航空發(fā)動機(jī)基本依賴進(jìn)口，軍用戰(zhàn)機(jī)發(fā)動機(jī)雖然有了一定進(jìn)步，但是關(guān)鍵性能指標(biāo)與發(fā)達(dá)國家還有差距。其中，渦輪葉片是航空發(fā)動機(jī)中最關(guān)鍵的核心部件，其承溫能力直接決定著發(fā)動機(jī)的性能，尤其是推重比。傳統(tǒng)鎳基合金雖然各方面性能都不錯，但是它最大的缺點是太重，直接導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的能效比得不到提高。因此，各國科學(xué)家們從未停止尋找制造航空發(fā)動機(jī)合適材料的努力。

　　“一代材料一代發(fā)動機(jī)。”中國航空動力機(jī)械研究所渦輪設(shè)計部副主任設(shè)計師康劍雄說，PST鈦鋁合金使用溫度達(dá)900℃以上，已經(jīng)可以與鎳基合金同臺競技，它不僅可用于葉片，還有望用在渦輪盤、高壓壓縮渦輪等部件上。

　　一個新型材料從實驗室到裝上飛機(jī)，還有漫長的道路要走。據(jù)陳光估計，PST鈦鋁合金實現(xiàn)應(yīng)用還有5—10年。 

張曄