说说“空心气冷铸造镍基高温合金涡轮叶片” (3575 bytes)

Posted by: mirror

Date: January 16, 2011 05:27AM

师昌绪老先生如果不是多活几年，这个奖是得不到了[news.xinhuanet.com]。这个奖是对于他的早年工作的评价。

引用:

新华网
师昌绪致力于材料科学研究与工程应用工作，在国内率先开展了高温合金及新型合金钢等材料的研究与开发。高温合金是航空发动机的核心材料。上世纪六十年代，我国战机发动机急需高性能的高温合金叶片，他率队研制的铸造九孔高温合金涡轮叶片，解决了一系列技术难题，使我国航空发动机涡轮叶片由锻造到铸造、由实心到空心迈上两个新台阶，成为继美国之后第二个自主开发这一关键材料技术的国家，迄今为止已大量应用于我国战机发动机，于１９８５年获国家科技进步一等奖。他在金属凝固理论方面发展了低偏析合金技术，通过有效控制微量元素降低合金凝固偏析。在此基础上，中国科学院金属研究所科研人员在他的指导下正研发应用于各类飞机发动机和大型燃气轮机定向、单晶等系列高温合金和复杂型腔铸造技术。他还根据我国资源情况开发出多种节约镍铬的合金钢，解决了当时我国工业所需。

“继美国之后第二个自主开发这一关键材料技术的国家”的说法有些言过其实，这项技术也不单是材料技术的问题。核心在工艺。是能否想得到、能否做得到的问题。“解决了当时我国工业所需”，哪怕不是世界上的第一，也可以发奖。 

飞机发动机的生命线是重量推理比。要改善这个数值就要多烧燃料、烧好燃料。同时喷气发动机也是热机，最高温度决定了总的热机效率。战斗机的喷气发动机的图片 

 


这比商用的大飞机要小很多，技术上虽然有些难度，但是比起商用的大发动机来说，还是“简单”。涡轮喷气发动机的结构从左向右是压缩、燃烧和燃气轮和排放。“复杂型腔铸造技术”是指制造那些叶片。“大型燃气轮机”的叶片也面临着同样的问题，而且由于尺寸的变大，相对的离心力等也要变大。但是“大型燃气轮机”一般都是船载或是地面安装，与飞机的设计思想上又有所区别。当然，最高档次的是大型客运飞机的发动机。 

叶片最初也是从锻造和机加工出发的。因为要留出冷却走气的通道（压缩空气的大部分都是用在这些部件的冷却上了），同时减少份量，叶片由锻造改为铸造，再由多晶进化到取向多晶（晶粒走向沿半径），再到第一代单晶、直到今天的第四代单晶铸造叶片。燃烧室、叶片的材料能够承受那样苛刻的高温是因为表层有一个隔热的流动空气层。这个空气层是由很多很多微孔（直径0.5mm）构成的。 

如何铸造？首先要有模具。一个叶片一个模具，而且是中空的。做法是先作陶瓷的中空部分，然后浇注上蜡，做一个蜡的模子（与牙科作假牙一样）。之后在这个模子表面上浇上陶瓷的材料。与厚涂油漆一样，为了防止裂纹这个过程需要少量多次。完成之后稍微加热把蜡去掉就得到模具了。如果从市面上买陶瓷的粘合剂，都是些美国厂家的制品。这些材料大约主要是做这些用途的。 

长单晶、添加微量元素抗氧化、抗腐蚀就需要有很多高等的知识和高度的见识。有没有这方面的知识和经验在实际研发上是大不相同的。中国人在知道大方向后还是很有些办法的。尤其是在“憋着一股气”的情况下。“憋着一股气”的好处就是把商业竞争的因素除去了，属于不同模式下的竞争。 

燃气轮机可以比汽轮机有更高的效率，因为温度可以比水蒸汽更高。按今天涡轮喷气发动机的温度，可以到达1500度（C）。因此，自然就有人会想到复合发电，即第一阶段用燃气发电，其“余热”用来加热水，然后用蒸汽再发电。比起蒸汽的600度来，燃气轮机要承受的温度更高、要求的技术难度也更大。这个样的技术革命一次就可以改善效率10％算，按现今的能量消耗，一年就是几亿吨煤。应该说是个很划算的事情。只是这个事情牵扯到很多方面，不是一个领域里的突破可以解决的事情，因此也就无从投资，或者说远不如“炼丹”的领域好忽悠。 

初始花费虽然高，但是运行费用可以很低的模式是“富人过日子的模式”；初始花费虽然低，但是运行费用却很高的“穷人过日子的模式”。可以说富人是通过普及推广“穷人过日子的模式”赚钱的。北京的堵车就是个这类的典型事件了。好在土地所有是国家的，过些年再开发、再再开发大约都不是问题。从多数穷人那里捞钱的模式有很多。高利贷是最明显的了。房屋的“次贷”也是一个。这样看来，卖车属于相当隐蔽的方式了。

就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。