單晶、空心的鎳基高溫鈦合金葉片

鈦合金更輕、更耐高溫，是研發(fā)航空材料的科學(xué)家們的極致追求。在更輕方面，美國GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb（以下簡稱4822）鈦合金替代原來的鎳基高溫合金制造了發(fā)動(dòng)機(jī)最后兩級(jí)低壓渦輪葉片，使單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減重約200磅，與之前同級(jí)別不用鈦合金葉片的相比，節(jié)油20%。鈦4822也不完美。陳光教授解釋說，它有兩大不足。一是室溫拉伸塑性低（<2%），必須開發(fā)相應(yīng)的半脆性材料加工、制造以及發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝路徑和設(shè)計(jì)框架，增加了設(shè)計(jì)與制造成本，且不敢用于前部的壓氣機(jī)。如果能將TiAl 合金室溫拉伸塑性提高到3%以上，就可將其由只在最末兩級(jí)低壓渦輪葉片應(yīng)用，擴(kuò)大至前部的壓氣機(jī)葉片，同時(shí)可采用常規(guī)的設(shè)計(jì)安裝方法，降低設(shè)計(jì)制造以及維護(hù)成本。二是高溫強(qiáng)度不足，強(qiáng)度從約650℃開始下降，700℃/3000h 組織開始分解，限制了其不能在更高的溫度范圍替代鎳基高溫合金。

“一個(gè)單晶、空心的鎳基高溫合金葉片，巴掌大小，但是它的價(jià)值是多少呢？相當(dāng)于是一輛高級(jí)轎車。”南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授陳光說。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的“心臟”，葉片則是“心臟”中最關(guān)鍵的核心部件。陳光教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明的TiAl單晶技術(shù)，攻克了TiAl鈦合金室溫脆性大和服役溫度低兩大難題，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度、塑性和蠕變抗力的優(yōu)異結(jié)合與跨越性提升，室溫拉伸塑性由＜2%提高到6.9%，強(qiáng)度開始下降溫度由約650℃提高到950℃以上，900℃最小蠕變速率和持久壽命優(yōu)于美國4822鈦合金1到2個(gè)數(shù)量級(jí)，具有重大意義。