航空發動機的“壯骨粉”

李浩然

厲害的“錸”閃亮登場

如果說，航空發動機是現代工業的“皇冠”，那么，渦輪葉片無疑就是“皇冠上的明珠”。

渦輪葉片處于航空發動機中溫度最高、應力最復雜、環境最惡劣的部位，是航空產品的第一關鍵零件。以F-22的發動機F-119為例，其直徑僅1.168米，卻需要提供156千牛的推力。在飛行中，其渦輪和風扇除了承受極大的壓力，還需忍受高溫的煎熬。在飛機高速飛行時，F-119的發動機渦輪前溫度可高達1977K（約1700℃）。因此，選擇合適的材料來制造渦輪葉片至關重要。

在早期的渦輪噴氣發動機時代，渦輪前溫度較低，葉片大多采用高溫鎳合金（能夠承受1000℃左右的高溫）。但是，到了渦扇發動機時代，渦輪前溫度高了很多，高溫鎳合金根本扛不住，葉片會發生蠕變（指發動機葉片承受不住高溫和壓力發生變形）。這會帶來渦輪葉片發生斷裂、葉片飛出損傷機匣等嚴重后果，危及飛機安全。

研發出具備高耐熱性和高抗變形性的渦輪葉片，成為擺在各國研發人員面前的難題。

這時候，“錸”登場了。擁有強大性能的錸是制造渦輪葉片的首選材料。把錸加入鎳基超級合金中，只需一點點，就能大幅提高渦輪葉片的抗蠕變性，同時還能提高葉片的抗氧化和抗疲勞性能。

此外，小到排氣噴嘴、石油催化劑，大到火箭（在2200℃的高溫下，用錸合金制成的火箭發動機噴管能夠經受住10萬次以上的熱疲勞循環）、衛星和導彈，錸在很多關鍵領域都有重要應用。

什么是“錸”

1869年，俄國化學家門捷列夫發表了世界上第一份元素周期表。其后他指出，在錳副族中，會有尚未發現但一定存在的元素。這種元素就是“錸”。

1925年，德國化學家諾達克用光譜法在鈮錳鐵礦中發現了這種元素，取萊茵河的稱謂，將其命名為“錸”。這種“千呼萬喚始出來”的金屬非常厲害：

熔點高達3180℃，僅次于目前自然界最難熔化的鎢（3410℃）。

沸點高達5627℃，在整個元素周期表里獨占鰲頭。

耐腐蝕，強酸和強堿遇到錸只能無可奈何。把濃鹽酸和濃硝酸按3∶1的體積比混合，就制成了能夠溶解黃金和白金（鉑）的王水。但是，在常溫常壓下，王水對錸毫無作用。

錸，素有“航空發動機壯骨粉”之稱。由于歐美長期對我國實行技術封鎖，“錸”成為長期掣肘我國航空發動機研發的瓶頸問題。

現在，依托對錸的勘探發掘和含錸高溫合金技術的使用，中國企業已經能夠生產出航空發動機中最關鍵的部位——錸鎳合金單晶葉片。

西方分析人士認為，如果中國把錸運用到航空發動機領域，并取得技術突破，就會打破歐美對該領域的技術壟斷。