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中国航空发动机材料重大突破

发布时间:2016-08-10


      据新华报业网报道,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团队在国家973计划等资助下,经长期研究,在新型航空航天材料钛铝合金方面取得重大跨越性突破。相关成果Polysynthetic twinned TiAl single crystals for high-temperature applications(高温PST钛铝单晶)于2016年6月20日在线发表于Nature Materials(《自然材料》)。

      航空航天技术是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机被誉为飞机的心脏,叶片则是航空发动机中最关键的核心部件,其承温能力直接决定着发动机的性能,尤其是推重比。

      美国GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下简称4822)合金替代原来的镍基高温合金制造了GEnx发动机最后两级低压涡轮叶片,使单台发动机减重约200磅,节油20%,氮化物(NOx)排放量减少80%,噪音显著降低,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。

      陈光教授团队的研究成果在材料性能上实现了新的大幅度跨越,所制备的PST TiAl单晶室温拉伸塑性和屈服强度分别高达6.9%和708MPa,抗拉强度高达978MPa,实现了高强高塑的优异结合。更为重要的是,该合金在900℃时的拉伸屈服强度为637MPa,并具有优异的抗蠕变性能,其最小蠕变速率和持久寿命均优于已经成功应用于GEnx发动机的4822合金1~2个数量级,有望将目前TiAl合金的使用温度从650~750℃提高到900℃以上。

      为缩短我国与欧美发达国家的差距,国家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”。

      北京航空材料研究院曹春晓院士指出:“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。陈光教授团队发明的TiAl单晶合金,一下将承温能力提高了150~250℃以上,是重大突破,属引领性成果。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作用。”

      科技部先进结构与复合材料主题专家组组长、北京航空材料研究院副总工程师张国庆研究员指出:“高温合金是‘重点新材料研发与应用’国家重大工程的关键研发内容之一,轻质高强材料是国家新材料领域的重要发展方向。TiAl合金因其优异的比强度和高温性能,已成为有航空航天应用前景的新型高温结构材料及传统高温合金的未来替代材料。南京理工大学陈光教授团队研究成功的‘PST高温TiAl合金单晶’大幅度提高了高温性能,显著改善了材料塑性,对于新型轻质高温结构材料的发展和应用具有非常重要的意义”。

      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:“陈光教授团队采用纳米孪晶强韧化方法制备的单晶TiAl不仅强度高,室温塑性更是超过6.9%,属于金属间化合物研究的重大突破。一方面,这种发现有可能应用于其他金属间化合物,引领新一轮金属间化合物研究热潮,具有重大理论意义。另一方面,高塑性为其真正工程应用奠定基础,具有重大工程意义”。并指出:“该成果是中国原创,绝对世界领先。建议国家加大支持力度,尽快完成该合金全面性能测试,真正应用于我国航空发动机的叶片制造”。

来源:腾讯网

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