揭秘發動機單晶高温合金 國外已發展到第四代

單晶高温合金葉片是航空發動機熱端最為關鍵的部件之一，被譽為 “皇冠上的明珠”，服役環境極為苛刻，在高温、腐蝕環境下承受大載荷，而且需要上千小時的壽命。

單晶高温合金從研製到成熟可用需經歷較長的時間。在歐美髮達國家，即使在科學、工業技術上具有雄厚的基礎，一種單晶高温合金從研製到成熟可用也需要經歷15年以上的研製週期。比如，美國GE公司目前大量應用的第二代單晶高温合金René N5，在20世紀80年代初開始合金研製，到90年代中後期合金才得到應用;美國PW公司大量應用的第二代單晶高温合金PWA1484，在20世紀80年代初期開始研製，90年代中後期才應用在F110等先進航空發動機上。

單晶高温合金葉片研製難度和週期與其結構複雜性有關，普通複雜程度的單晶葉片研製週期較短，但在航空發動機上應用也需經歷較長的時間。從單晶實心葉片到單晶空心葉片、到高效氣冷複雜空心葉片等，技術難度跨度很大，相應的研製週期跨度也較大。一般一種普通複雜程度的單晶空心葉片從圖紙確認、模具設計到試製、再到小批投產，需要1~2年時間。但單晶葉片由於其複雜的服役環境，需要進行大量的驗證試驗，一般一種普通結構的單晶空心葉片從研製出來以後到航空發動機上應用需5~10年的時間，有的隨發動機研製進度，甚至需要15年或更長的時間。

目前單晶合金材料已發展到第四代，承温能力提升到1140℃，已近金屬材料使用温度極限。未來要進一步滿足先進航空發動機的需求，葉片的研製材料要進一步拓展，陶瓷基複合材料有望取代單晶高温合金滿足熱端部件在更高温度環境下的使用。

單晶高温合金僅用於製造單晶葉片，一台先進航空發動機約需要100~200片單晶葉片，單晶合金葉片總重不超過50公斤。因此，即使面對市場廣闊的民機市場，全世界單晶葉片的市場需求是相當有限的。據初步統計，全世界先進航空發動機每年對單晶高温合金的需求僅約200~400噸。

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