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文章來源:網(wǎng)上搜集 訪問3433次 2016-07-11 09:07:21
  南京理工大學(xué)陳光教授團隊在國家973計劃等資助下,經(jīng)長期研究,在新型航空航天材料鈦鋁合金方面取得跨越性突破。6月20日,相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然材料》上。其室溫拉伸塑性、屈服強度、高溫抗蠕變性能、承溫能力等關(guān)鍵性能指標(biāo)處于國際領(lǐng)先,超過美國同類材料1—2個數(shù)量級。
  2007年,波音787飛機試飛成功。這種新型飛機可節(jié)油20%,氮化物(NOx)排放量減少80%,噪音顯著降低,從而引發(fā)全球關(guān)注。
  這種飛機發(fā)動機由美國通用電氣(GE)公司研制,采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下簡稱4822)合金替代鎳基高溫合金,制造出最后兩級低壓渦輪葉片。
  這是鈦鋁合金首次應(yīng)用在航空發(fā)動機上。
  GE公司采用的4822合金也稱不上完美,它的室溫拉伸塑性不到2%,雖然足以傲視其他金屬間化合物,但它跟鎳基合金比起來還是顯得太脆了。因此,GE公司把它用在了環(huán)境溫度、危險系數(shù)最低的末端兩級葉片上,這樣即使發(fā)生折斷也不會導(dǎo)致整架飛機失控。
  美國人這么做是看重鈦鋁合金的密度僅為鎳基合金的一半。在以克為減重單位的飛機發(fā)動機上,GE公司使單臺發(fā)動機減重約200磅,成為當(dāng)時航空與材料領(lǐng)域轟動性的進展。
  因此,鈦鋁合金成為目前公認的替代鎳基高溫合金的最佳新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
  陳光教授團隊的研究成果在材料性能上實現(xiàn)了三大突破:
  一是室溫拉伸塑性和屈服強度極大提升,分別高達6.9%和708MPa,抗拉強度高達978MPa,實現(xiàn)了高強高塑的優(yōu)異結(jié)合。二是抗蠕變性能優(yōu)異。三是承溫能力大大提高。
  航空發(fā)動機被譽為飛機的心臟,受制于基礎(chǔ)研究能力不足,目前我國民用航空發(fā)動機基本依賴進口,軍用戰(zhàn)機發(fā)動機雖然有了一定進步,但是關(guān)鍵性能指標(biāo)與發(fā)達國家還有差距。其中,渦輪葉片是航空發(fā)動機中最關(guān)鍵的核心部件,其承溫能力直接決定著發(fā)動機的性能,尤其是推重比。傳統(tǒng)鎳基合金雖然各方面性能都不錯,但是它最大的缺點是太重,直接導(dǎo)致發(fā)動機的能效比得不到提高。因此,各國科學(xué)家們從未停止尋找制造航空發(fā)動機合適材料的努力。
  “一代材料一代發(fā)動機!敝袊娇談恿C械研究所渦輪設(shè)計部副主任設(shè)計師康劍雄說,PST鈦鋁合金使用溫度達900℃以上,已經(jīng)可以與鎳基合金同臺競技,它不僅可用于葉片,還有望用在渦輪盤、高壓壓縮渦輪等部件上。
  一個新型材料從實驗室到裝上飛機,還有漫長的道路要走。據(jù)陳光估計,PST鈦鋁合金實現(xiàn)應(yīng)用還有5—10年。

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