航空发动机的“壮骨粉”

李浩然

厉害的“铼”闪亮登场

如果说，航空发动机是现代工业的“皇冠”，那么，涡轮叶片无疑就是“皇冠上的明珠”。

涡轮叶片处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，是航空产品的第一关键零件。以F-22的发动机F-119为例，其直径仅1.168米，却需要提供156千牛的推力。在飞行中，其涡轮和风扇除了承受极大的压力，还需忍受高温的煎熬。在飞机高速飞行时，F-119的发动机涡轮前温度可高达1977K（约1700℃）。因此，选择合适的材料来制造涡轮叶片至关重要。

在早期的涡轮喷气发动机时代，涡轮前温度较低，叶片大多采用高温镍合金（能够承受1000℃左右的高温）。但是，到了涡扇发动机时代，涡轮前温度高了很多，高温镍合金根本扛不住，叶片会发生蠕变（指发动机叶片承受不住高温和压力发生变形）。这会带来涡轮叶片发生断裂、叶片飞出损伤机匣等严重后果，危及飞机安全。

研发出具备高耐热性和高抗变形性的涡轮叶片，成为摆在各国研发人员面前的难题。

这时候，“铼”登场了。拥有强大性能的铼是制造涡轮叶片的首选材料。把铼加入镍基超级合金中，只需一点点，就能大幅提高涡轮叶片的抗蠕变性，同时还能提高叶片的抗氧化和抗疲劳性能。

此外，小到排气喷嘴、石油催化剂，大到火箭（在2200℃的高温下，用铼合金制成的火箭发动机喷管能够经受住10万次以上的热疲劳循环）、卫星和导弹，铼在很多关键领域都有重要应用。

什么是“铼”

1869年，俄国化学家门捷列夫发表了世界上第一份元素周期表。其后他指出，在锰副族中，会有尚未发现但一定存在的元素。这种元素就是“铼”。

1925年，德国化学家诺达克用光谱法在铌锰铁矿中发现了这种元素，取莱茵河的称谓，将其命名为“铼”。这种“千呼万唤始出来”的金属非常厉害：

熔点高达3180℃，仅次于目前自然界最难熔化的钨（3410℃）。

沸点高达5627℃，在整个元素周期表里独占鳌头。

耐腐蚀，强酸和强碱遇到铼只能无可奈何。把浓盐酸和浓硝酸按3∶1的体积比混合，就制成了能够溶解黄金和白金（铂）的王水。但是，在常温常压下，王水对铼毫无作用。

铼，素有“航空发动机壮骨粉”之称。由于欧美长期对我国实行技术封锁，“铼”成为长期掣肘我国航空发动机研发的瓶颈问题。

现在，依托对铼的勘探发掘和含铼高温合金技术的使用，中国企业已经能够生产出航空发动机中最关键的部位——铼镍合金单晶叶片。

西方分析人士認为，如果中国把铼运用到航空发动机领域，并取得技术突破，就会打破欧美对该领域的技术垄断。