钨在航空发动机中的应用

据俄媒报道:中国已经攻克了涡扇15的最后一个难关,解决了发动机特殊材料的问题,打通了国产发动机制造的最后一个关口。不久的将来,中国先进发动机将彻底实现国产化,届时俄罗斯将会失去利用发动机制约中国战机的最后机会。

涡扇15发动机是为歼20研制的,这个发动机有助于更大地发挥歼20的空中优势。长期以来,中国战机的发展都受到发动机技术水平的制约,虽然这几年得到了一些进步,但是整体而言,目前中国发动机与欧美俄等航空大国相比,还有很大差距。说实话,我国的发动机设计水平并不落后,所存在的主要差距就是材料。因为材料在强度、温度和寿命等许多关键性能上需要不断的试验和探索,需要时间积累。

航空发动机图片

一般来说,航空发动机所使用的主材料是高温合金(也可称超耐高温合金)。高温合金是指具有高强度,高表面稳定性,高温下耐腐蚀性和抗蠕变性的金属合金。它们一般以元素铁、钴、镍为基础,再添加其它难熔金属或强化金属熔合,这类合金一般为奥氏体面心立方晶体,现代也有单晶技术用于页片。航发材料需要具有高强度,能够抵抗航空航天和飞机等各种应用中的蠕变和高温,所以在航天航空、钻探、重型工业或军事领域,高性能的高温合金材料发展非常的关键。那么,这些超耐高温合金主要用什么制造呢?

据了解,用于飞机发动机制造的高温合金,不仅要考虑到在极限超高温下保持高强度,其轻盈性也是非常重要的。目前,用于航天航空业的耐高温合金主要是以镍为基础,部分以钴以为基础,然后再添加难熔金属制成高温合金。可用于添加的难熔金属有钨、钼、铼、钛、铝、钒、铌、钽等,由于航天航空工业领域的研究细碎而又复杂,高温合金的应用也就依其用途分门别类。

那么大家可能都会想知道,钨是熔点最高的金属,在飞机发动机制造中的用处有多大?笔者为此翻阅了厦门图书馆的不少资料,但所找到的有关于钨的描述似乎还没钼、铼、钽来得多。当然,飞机发动机制造作为一个国家“工业皇冠上的明珠”,合金材料配方技术是秘不外宣的,我们不用细究,反正钨是航空发动机高温合金的配方材料之一是毋庸置疑的。此外,钨材料在发动机中还有一个众所周知的应用,那就是叶片等重要部件的涂层材料。

我国飞机发动机的大部分材料使用的是镍基高温合金,其中含镍量在一半以上,适用于1000℃以上的工作条件,得益于铸造工艺加工及表面涂层技术的进步,现在的极限工作状态已能达到1200℃以上,就拿前阵子沸沸扬扬的“铼”来说,据说发动机叶片材料中添加了单晶铼,其便可以承受1700℃的高温而不熔。或许会有人问,铼的熔点是3180℃,钨是3420℃,钨的熔点更高,为何不能选用钨呢?其实材料并不能完全看熔点,钨还有一个特性,就是在高温高热下会升华(就好像我们的电灯钨丝,总会断的),此外钨的硬度还很高,所以很脆,容易造成叶片断裂。不过,由于钨材料的耐高温、耐磨、耐腐蚀性能是极为强悍的,所以将钨材料作为发动机关键部件的涂层的主材料是两全其美的办法。

得益于近三十年我国冶金工业跨越式的发展,中国的航发领域不断取得突破。涡扇15是一种涵道矢量涡扇发动机,这种发动机旨在:战机在达到很高的速度时方向以及一些操作会有更大的阻力,飞机机动性也就随之下降,而涡扇15能够很好的克服这些问题,相信不久的将来一定可以成功地将涡扇15用于歼-20等众多战机上,让其锦上添花。

 

 

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