中国航空发动机材料获重大突破 强度质量超美国

航空发动机被誉为飞机的心脏,其核心部件叶片的承温能力直接决定着发动机的性能。据报道,南京理工大学材料评价与设计教育部工程研究中心陈光教授的研究团队所研制的新型钛铝合金的承温能力能够达到900℃以上,比现有发动机核心部件材料的耐高温能力提高150～250℃以上。其相关研究成果发表在2016年6月的 《自然材料》杂志上。

据悉,目前制成我国航空发动机核心部件叶片的材料是镍基合金,其耐高温能力在650～750℃之间,温度一旦更高,材料就会 “蠕变”即慢慢地发生变形。

相比镍基合金,钛铝合金不仅有着自身质量小等优点,还有着强度大、塑性高等特点。

据了解,陈光教授的团队在国家 “973计划”等项目资助下,设计出钛铝合金家族的新成员 “聚片双晶钛铝单晶” （PST钛铝单晶）,不仅使其强度、塑性大大地增强,其耐高温能力更是达到900℃以上。

专家介绍,美国GE公司曾经研制出一种代号为 “4822”、耐高温能力在650～750℃的钛铝合金,替代镍基高温合金,仅仅制造了一款发动机的最后两级低压涡轮叶片,就使得单台发动机减重约90.719 kg,节油20%,氮化物的排放量减少80%,噪音显著地降低。将其用于波音787飞机,2007年试飞成功,2009年正式投入商业运营,成为当时航空与材料领域轰动性的进展。

“我们的材料一旦应用到整个发动机的叶片上,对于飞机发动机的减重、降噪、节油等作用,将更加显著。”陈光说。

“通常镍基单晶高温合金的承温能力每提高25～30℃,即为一代新合金。”前来参加发布会的北京航空材料研究院曹春晓院士说,陈光教授的团队发明的这一新材料,一下将承温能力提高了150～250℃以上,是一个重大的突破,属于我国原创性、引领性的科技成果, “这项关键材料技术诞生于我国,是我们国家和民族的骄傲与自豪！不仅对我国的航空航天事业的发展具有重大的价值,有助于中国飞机有一颗更强的 ‘中国心',也必将对维护世界和平、促进社会发展起到积极的作用。”

为缩短我国与欧美发达国家的差距,我国已将航空发动机和燃气轮机列为 “重大科技项目”,并于2016年3月正式成立了 “中国航空发动机集团有限公司”。

长期从事高温结构材料研究的中国科学院金属研究所袁超研究员认为,南京理工大学应尽快地完成该合金的全面性能测试,将其真正地应用于我国航空发动机的叶片制造。