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南理工航空发动机材料获重大突破 助中国飞机有一颗更强的‘中国心’

 


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。

6月21日,南京理工大学召开新闻发布会,该校陈光教授团队在新型航空航天材料领域取得跨越性突破,发明目前世界上强度和塑性最高的钛铝单晶合金,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。相关成果于6月20日在《自然材料》上线发表。

一代材料、一代航空发动机

在航空领域,有一代材料、一代航空发动机的说法。叶片是航空发动机最关键的核心部件,其承温能力直接决定发动机性能。美国GE公司采用钛铝合金代替普遍使 用的镍基高温合金,制造GEnx发动机最后两级低压涡轮叶片,单台发动机减重约400磅,节油20%,氮化物排放量减少80%,噪音降低50%,用于波音 787飞机,2007年试飞成功,2009年投入商业运营,成为当时航空与材料领域轰动性的进展。

镍基高温合金成本高,一个发动机叶片要几十万元,而钛铝 合金成本较低,因此有很广的应用前景。发布会上专家介绍,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℃,温度一旦更高,材料就会慢慢发生变形。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、成本低等特点。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,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、塑性大大增强,其耐高温能力更是达到900℃以上。

“我们的材料一旦应用到整个发动机的叶片上,对于飞机的减重、降噪、节油等作用,将更加显著。”陈光说。前来参加发布会的材料专家、中科院院士曹春晓介绍,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这一新材料,一下将承温能力提高了150—250℃以上, 是重大突破,在世界上都是领先的,具有引领性,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’。”陈光教授说,尽管钛铝单晶合金突破高温使用的瓶颈,但离实际应用估计还有5年-10年。

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