航空發(fā)動(dòng)機(jī)的“壯骨粉”

李浩然

厲害的“錸”閃亮登場

如果說，航空發(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”，那么，渦輪葉片無疑就是“皇冠上的明珠”。

渦輪葉片處于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最惡劣的部位，是航空產(chǎn)品的第一關(guān)鍵零件。以F-22的發(fā)動(dòng)機(jī)F-119為例，其直徑僅1.168米，卻需要提供156千牛的推力。在飛行中，其渦輪和風(fēng)扇除了承受極大的壓力，還需忍受高溫的煎熬。在飛機(jī)高速飛行時(shí)，F(xiàn)-119的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度可高達(dá)1977K（約1700℃）。因此，選擇合適的材料來制造渦輪葉片至關(guān)重要。

在早期的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代，渦輪前溫度較低，葉片大多采用高溫鎳合金（能夠承受1000℃左右的高溫）。但是，到了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代，渦輪前溫度高了很多，高溫鎳合金根本扛不住，葉片會(huì)發(fā)生蠕變（指發(fā)動(dòng)機(jī)葉片承受不住高溫和壓力發(fā)生變形）。這會(huì)帶來渦輪葉片發(fā)生斷裂、葉片飛出損傷機(jī)匣等嚴(yán)重后果，危及飛機(jī)安全。

研發(fā)出具備高耐熱性和高抗變形性的渦輪葉片，成為擺在各國研發(fā)人員面前的難題。

這時(shí)候，“錸”登場了。擁有強(qiáng)大性能的錸是制造渦輪葉片的首選材料。把錸加入鎳基超級合金中，只需一點(diǎn)點(diǎn)，就能大幅提高渦輪葉片的抗蠕變性，同時(shí)還能提高葉片的抗氧化和抗疲勞性能。

此外，小到排氣噴嘴、石油催化劑，大到火箭（在2200℃的高溫下，用錸合金制成的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管能夠經(jīng)受住10萬次以上的熱疲勞循環(huán)）、衛(wèi)星和導(dǎo)彈，錸在很多關(guān)鍵領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。

什么是“錸”

1869年，俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)表了世界上第一份元素周期表。其后他指出，在錳副族中，會(huì)有尚未發(fā)現(xiàn)但一定存在的元素。這種元素就是“錸”。

1925年，德國化學(xué)家諾達(dá)克用光譜法在鈮錳鐵礦中發(fā)現(xiàn)了這種元素，取萊茵河的稱謂，將其命名為“錸”。這種“千呼萬喚始出來”的金屬非常厲害：

熔點(diǎn)高達(dá)3180℃，僅次于目前自然界最難熔化的鎢（3410℃）。

沸點(diǎn)高達(dá)5627℃，在整個(gè)元素周期表里獨(dú)占鰲頭。

耐腐蝕，強(qiáng)酸和強(qiáng)堿遇到錸只能無可奈何。把濃鹽酸和濃硝酸按3∶1的體積比混合，就制成了能夠溶解黃金和白金（鉑）的王水。但是，在常溫常壓下，王水對錸毫無作用。

錸，素有“航空發(fā)動(dòng)機(jī)壯骨粉”之稱。由于歐美長期對我國實(shí)行技術(shù)封鎖，“錸”成為長期掣肘我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的瓶頸問題。

現(xiàn)在，依托對錸的勘探發(fā)掘和含錸高溫合金技術(shù)的使用，中國企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出航空發(fā)動(dòng)機(jī)中最關(guān)鍵的部位——錸鎳合金單晶葉片。

西方分析人士認(rèn)為，如果中國把錸運(yùn)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，并取得技術(shù)突破，就會(huì)打破歐美對該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷。