常见高温合金

　　我国这些年在武器装备方面发展速度很快，一些新型武器装备的技术水平已经可以和欧美媲美。但是在航空发动机领域，我国不但长期落后于欧美，而且也赶不上俄罗斯。而导致航空发动机落后的原因除了基础较差、经验不足等之外，还有一个重要原因就是材料不行。我们知道，航空发动机工作时，一些关键部件，如涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室等要承受很高的温度。如果高温结构材料不过关，那么发动机的性能也就不会好到哪里去。高温结构材料主要是指各种高温合金，目前高温合金在航空发动机中用量约占总重量的55%左右。

　　从世界范围看，高温合金已从传统铸造多晶高温合金、定向凝固柱晶高温合金和变形高温合金，向单晶合金、机械合金化高温合金、粉末冶金高温合金和细晶铸造合金等发展，其中单晶合金是高温合金的发展重点，因为采用单晶技术生产的新型单晶合金材料制造的航空发动机叶片，可显著提高发动机的工作温度和发动机功率，对航空工业产品的更新换代具有重要的意义。而单晶合金的发展，又与一种名为铼的金属元素有着非常密切的关系。

　　铼是人类发现最晚的天然元素，熔点3180℃，沸点5627℃，纯铼质软，外表与铂相同，具有良好的机械性能。在上世纪80年代，航空工业大国认识到，铼有良好的塑性，在高温和低温情况下，都没有脆性，抗拉强度和抗蠕变强度优于我们比较熟知的难熔金属钨、钼、铌。如果向钨、钼、铬添加铼，可以提高材料的强度、塑性和焊接性能，降低韧-脆转变温度和再结晶脆性。

　　同时铼对单晶合金显微组织、力学性能、不稳定相及单晶缺陷等的影响显著，可以增强单晶合金的高温抗蠕变性能（所谓蠕变，是指在一定的温度和较小的恒定外力作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。蠕变是高温单晶合金是死敌，这将大大降低航空发动机的性能和效率，甚至带来严重的事故）。铼的这些特点，使其很快成为单晶合金的重要添加元素，同时也让单晶合金越来越多地被用来制造航空发动机的涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室等。到目前为止，单晶合金已经发展了五代，其中从第二代开始都有铼的参与，而且含量也从2-3%增加到5-6%。

　　不过，铼在地壳中的含量仅十亿分之一。根据美国地质调查局报告，全球已探明的铼储量仅为2500吨左右，价格跟白金的价格相仿，1克大概需要300元。因此，添加铼之后的单晶合金价格会猛涨，例如第二代单晶合金的铼含量为2-3%，但价格却上涨了70%。所以，虽然现在单晶合金已经发展到第五代，但实际用的最多的还是第二代，例如美国F-22战斗机用的F119涡扇发动机的叶片就是用第二代单晶合金制造的。而由于铼的稀少性以及对航空发动机性能的重要性（现在全球约80%的铼用于生产航空发动机），使得铼成为极其重要的战略物资。

　　中国直到上世纪末都没有发现铼矿，也就缺少对含铼高温合金和单晶叶片铸造技术的相关研究。加上西方国家一直对中国实施技术封锁，这项技术成为中国航空发动机研制发展的一大“瓶颈”。而据《央视》报导，2010年，成都航宇超合金技术有限公司在其下属的陕西省洛南县黄龙铺钼矿区矿山中斟探到铼，储量达到176吨，约占全球储量的7%，仅次于智利、美国、俄罗斯和哈萨克斯坦。

　　之后，该公司又与湖南有色研究院的合作，攻克了技术难题，实现了铼的提纯，打破了国外的技术垄断。2015年7月22日，该公司生产出了可用于航空发动机的第一批单晶涡轮叶片。2016年，国际权威第三方检测机构出具的检测报告表明，该公司送检的单晶叶片在高温拉伸性能、高温持久性能等方面的测试结果均符合欧美标准。今后，国产航空发动机如果采用这种含铼的单晶叶片，那么性能将会得到大幅提升。