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“太行”研制瞎考(六):中外高温单晶合金差在哪?

说起当代航空发动机,航空材料的好坏已经是人所共知的一件事情了。什么单晶合金、粉末合金、钛合金整体叶盘什么的,早就成了时髦的名词,成为人们在探讨航空发动机技术的时候必须谈到的东西。

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▲ 都搞上航发了,不甩几个装逼词汇怎么显得高级?

而在2017年的时候,另一种名叫“铼”的金属忽然在互联网上成为了先进航发的必备材料。先是一些看起来非常像广告的文章,介绍一家所谓“成都航宇超合金技术有限公司”的企业通过“与湖南有色研究院的合作”,用一年多的时间实现了铼的提纯,并在2010年在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。

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▲ 作为一名文科森,施佬对于70多号元素的特性肯定是不了解的

后来有关这家企业的报道越来越多,甚至连央视都加入到这家企业的报道中,并且不厌其烦地为大家介绍“铼”这种金属元素在航空发动机领域的重要程度。其语气……真的和宣传广告差不多。

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▲ 要说也是小时候金坷垃广告看多, 所以对吹牛太狠的东西天然有警惕

不过军迷圈子里倒是一直对这玩意儿情绪稳定。近段时间来施佬看到不少的文章介绍我国的航空发动机材料,也都或多或少地提到“铼。但大多数的声音都认为“铼”虽然能够对发动机性能有点儿帮助,但归根到底只是一种金属元素,这些报道里的内容,对这种产品实在是过誉了。

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▲ 你把键盘敲碎了也没用,大家都是聪明人

毕竟在大家的眼里,央视这种媒体虽然正规,但在专业性上往往……不太有信服力。连《科技日报》后来都站出来补充介绍说“航空发动机研制是一个系统工程,不会单靠“铼”就有大的突破”。

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▲ 饭要一口一口吃,坑……要一个一个跳

不过在施佬看来,这个消息至少说明了一点,那就是在“太行”上我们遇到过的某种尴尬情况,没准就可以避免了。

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▲ “太行”其实身经百战,已经不在乎这种尴尬了

啥情况呢?“太行”作为我国第一款在技术水平上赶上当代军用涡扇发动机主流水平的型号,在材料上也是直奔着西方冷战后期,也就是20世纪80年代中后期水平去的。在单晶高温合金这个领域,“太行”使用的DD6合金也达到了同时期的第二代单晶合金的水平,比之前的DD3、DD8什么的要好很多。虽说直到上世纪90年代末中国才搞定这种10年前的西方技术有点白裤衩,但考虑到第三代单晶合金的研制进展,DD6的研制时间和总体水平应该还是不错的。

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▲ 差10年对于中国航发来说,都属于比较不错的领域了

虽然在整体技术上与西方同代合金比如PWA1484(F119/F135上都用)、CMSX-4(瑞达500-800发动机)已经差不太多,甚至是互有胜负,但DD6的化学成分却是这几款合金中最复杂的,不仅好几款元素的含量变化差异较大,还多出一些诸如铌元素这样的特色产品。

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▲ 化学好的同学来讲解一下~施佬肯定是不知道的

从某种程度上说,这种复杂其实是不必要的,而“太行”用的DD6之所以要这么做,主要原因是由于——

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你们猜对了,就是因为穷。

怎么个穷呢?就是舍不得花钱给合金里添加足够的铼。

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西方的二代单晶合金里,铼元素作为一种既能提高合金高温强度、又能提升合金耐热水平的物质,其含量不能低已经成了共识。而我国在研制类似材料时,也考虑到了这一点,因此在DD6里,铼元素的含量也增加了不少。

但是铼的一个突出问题在于,它不仅贵,而且我国长期难以大量生产。虽然按照媒体的报道,铼的价格跟白金价格相仿,一克大概需要两三百块钱。但在一台发动机里,所有的低温和高温涡轮叶片几乎都要用到这种材料,加上从海外进口的价格会更高,如果按照国际标准一样往合金里面加铼,“太行”的价格就会大幅上涨,因此在DD6研制中,为了照顾成本,中国单晶合金里的铼含量比西方同代产品少了1/3。

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但是铼含量的降低又会造成合金性能的下降,于是DD6被迫用其他元素进行再次调和以尽力弥补。虽然这看起来基本有效,但是在热稳定性等领域,这种弥补仍然没有完全成功。

这个道理就跟做红烧肉不让放酱油(因为酱油特别贵),于是只能炒糖色,但是为了避免红烧肉太甜,又得往里面放醋掺水加八角和红椒中和差不多。总之为了这1/3铼的减少,咱们是费了老鼻子劲。

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▲ 你那不是做菜,你那是折腾人

问题是在第三代单晶合金里,铼的含量不仅没有减少,反而还干脆地翻了一番——谁叫人家性能好的。到了这地步,还想再炒一回糖色儿,就不仅仅是难不难的问题了。

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▲ 想要堂堂正正追上去啊~还得靠正道

怎么办呢?自然是要追上去干,别人加铼,我也得加,而且,不能加少。

说到这份上,想必大家对于一家国内企业掌握了铼的提纯和生产,并且找到足够储量的矿的意义就有准确认知了。只有原料来源和工艺都不受制于人,在“太行”上发生的“节铼故事”才会不必二次上演,中国航空发动机才能真正和西方站在同一起跑线上开展竞争。

 

前情提要:

“太行”研制瞎考(一):如何通过海外代购成功购买CFM-56发动机?

“太行”研制瞎考(二):与歼10艰难却有缘无分的故事

“太行”研制瞎考(三):名叫涡喷15A,算不算一台国发呢?

“太行”研制瞎考(四):只抄成功一半的美系“单元体”

“太行”研制瞎考(五):差点被毛子坑得上不了高原

 

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