中国航空发动机长期受制于欧美 今终有了壮骨粉

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　　原标题：被欧美长期掐住命门的中国航空发动机，终于有了自己的“壮骨粉”！

　　铼（lái），素有“航空发动机的壮骨粉”之称。

　　缺了它，航空发动机的性能和寿命都要大打折扣。此外，航天和导弹也离不开它。

　　由于欧美长期对华实行技术封锁，“铼”成为长期作为掣肘我国航空发动机研发的瓶颈问题。

　　现在，依托对铼的勘探发掘和含铼高温合金技术的使用，中国企业已经能够生产出航天发动机中最关键的部位——铼镍合金单晶叶片。

　　这无疑是给国产航空发动机打了一剂“强心剂”！

　　西方分析人士认为： 如果中国把铼运用到航空发动机领域，并取得技术突破，就会打破美欧对该领域技术的垄断。

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　　 厉害的铼闪亮登场！

　　如果说，航空发动机是现代工业的“皇冠”，那么，涡轮叶片无疑就是“皇冠上的明珠”。

　　涡轮叶片处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，是航空产品的第一关键零件。

　　以F-22的发动机F-119为例，其直径仅1.168米，却需要提供15.6吨的推力。

　　在飞行中，其涡轮和风扇除了承受极大的压力，还需忍受高温的熬煎。在飞机高速飞行时，F-119的发动机涡轮前温度可高达1977K（约1700摄氏度）。

　　因此，选择合适的材料来制造涡轮叶片至关重要。

　　在早期的涡轮喷气发动机时代，涡轮前温度较低，高温镍合金（能够承受1000℃左右高温）是可以对付的。

　　但是，到了涡扇发动机时代，在燃油利用率和推重比大幅提高的同时，涡轮前温度也更高了。

　　高温镍合金根本扛不住，叶片发生了蠕变。

　　注：蠕变，指发动机叶片承受不住高温和压力发生变形。这会带来很严重的后果，比如涡轮叶片发生断裂、叶片飞出损伤机匣等，危及飞机安全。

　　研发出具备高耐热性和高抗变形性的涡轮叶片，成为摆在各国研发人员面前的重要问题。

　　这时候，铼，登场了！

　　铼究竟是一种什么样的金属呢？

　　1869年，门捷列夫发表了世界上第一份元素周期表。1871年，这老爷子提出，在锰副族中，会有尚未发现但却一定存在的元素。

　　这个元素就是铼。 

　　铼作为最后一个被人类发现的稳定元素，直到1925年才被发现。

　　这种“千呼万唤始出来”的金属非常厉害：

　　*熔点高达3180摄氏度，仅次于目前自然界最难熔化的钨（3410摄氏度）。

　　*沸点高达5596摄氏度，在整个元素周期表里独占鳌头。

　　*耐腐蚀，强酸和强碱遇到铼只能无可奈何。

　　把浓盐酸和浓硝酸按3：1的体积比混合，就制成了能够溶解黄金和白金（铂）的王水。但是，在常温常压下，王水对铼毫无作用！

　　拥有强大性能的铼是制造涡轮叶片的首选材料。

　　 把铼加入到镍基超级合金中，只需一点点，就能大幅提高涡轮叶片的抗蠕变性，同时还能提高叶片的抗氧化和抗疲劳性能。

　　目前，全球约80%的铼都被用于生产航空发动机的单晶叶片。

　　此外，小到排气喷嘴、石油催化剂，大到火箭（在2200℃的高温下，用铼合金制成的火箭发动机喷管能够经受住10万次以上的热疲劳循环）、卫星和导弹，铼在很多关键领域都有重要应用，。

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　　 各大国展开激烈争夺！

　　然而，这种“厉害的金属”含量极少，价格与白金不相上下。据美国地质调查局报告，全球探明的铼储量约为2500吨，年产量峰值（不包括回收）仅为4.5吨；并且，分布也很不均衡，大部分铼集中蕴藏在智利（1300吨）、美国（390.1吨）、俄罗斯（310.4吨）等。

　　那么，铼够用吗？

　　根据波音公司预测，到2031年，全球民用飞机新机交付量为3.4万架，则发动机需求数量约为6.8万台，累计需求铼约1700吨，平均每年消耗85吨。

　　根据全球四大航空发动机制造商罗罗公司预测，未来20年，全球军用航空发动机新机销售量约为3.2万台，累计需求铼约为800吨，平均每年消耗约40吨。

　　 由此可见，不说别的，单单是在航空发动机领域，全球每年铼的需求量就达到了125吨！全球铼储量根本不够用！

　　各大国已经意识到这一点，纷纷加快对铼的利用和抢夺。

　　美国很早就在发动机高温合金中添加铼。

　　最初，美国研发人员在F-15战斗机装备的“普惠F100发动机”中试验性地添加了3%的铼，尝到甜头后，不断增加用量。F-22战斗机装备的“普惠F119系列发动机”的含铼量已经达到了6%。

　　美国还是全球最大的铼消费国——通用电气使用了全球28%的铼，普惠公司使用了12%。

　　美国是世界第二大铼储量国（仅次于智利），并且，还跟智利、墨西哥和哈萨克斯坦都签署了长期的铼开采合同，几乎控制着全球铼储备和销售市场。

　　同样，欧洲也是铼金属消费巨头。英国的罗罗公司使用了全球28%的铼。

　　作为世界第三大铼储量国，俄罗斯的铼主要集中于与日本存在领土争议的择捉岛。

　　23年的观测和统计显示，岛上火山每年至少喷出20公斤铼（以二硫化铼形式），最高达到60公斤/年。这样宝贵的资源，俄罗斯人怎么可能不抓在自己手里呢！

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　　 欧美费尽心机封锁中国

　　直到上世纪末，中国并没有发现铼，一度被认为是“贫铼国”，对含铼高温合金和单晶叶片铸造技术的相关研究也很少。

　　进入21世纪，中国才发现铼资源，但储量并不丰富，产量在每年2吨左右，无法满足需求。

　　为了维持在航空工业的优势地位，欧美国家常年针对中国进行材料和技术封锁，对铼的相关技术盯得很紧。

　　英国的罗罗公司虽然在中国投资建厂，但是，对于中国员工却层层设防，即便在公司工作近10年、表现出色的老员工，也不能接触到一点核心技术。

　　因此，航空发动机成了我国航空工业中的一个短板。

　　现在，我国部分军用飞机依然使用国外发动机，C919大型喷气式客机使用的发动机产自一家美法合资企业。

　　2016年，中国冲破种种限制，大量进口铼，进口量达到了4.5—5吨/年，约等于全球产量的10%（假如洛克希德-马丁公司的F-35战机项目全力投产，与之配套的普惠公司F135发动机项目的铼消费能力大概如此）。

　　这引起了欧美的极大恐慌。美国《航空和空间技术周刊》认为：“除军事效用以外，此举还将威胁到西方三大航空燃气涡轮发动机厂商（通用电气公司、罗尔斯罗伊斯国际有限公司和普惠公司），因为这些企业有许多重要产品需要用到铼。”

　　同时，也有外国业内人士表示质疑：即便有了铼，中国能造出合格的单晶叶片吗？ 

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　　 中国民企杀出一条“血路”！

　　 打破僵局的是一家名叫“炼石有色”的民营企业。

　　2010年，这家公司在其下属的陕西省洛南县黄龙铺钼矿区矿山中勘探到铼，储量达到176吨，约占全球储量的7%，引起了国内外的极大关注。

　　为了找到获得更多的铼，“炼石有色”旗下的成都航宇超合金技术有限公司与湖南有色研究院展开合作，用一年多的时间攻克了技术难题，实现了铼的提纯。

　　但是，坐拥这样的稀缺资源，大家却发现：这种稀有金属在国内却几乎没有销路——国内对铼的开发和利用几乎一片空白！ 

　　无奈之下，他们把眼光转向国际市场，希望用以资源换技术的模式，寻求与国外这类合金制造企业进行合作。

　　难道，要把这些比金子还珍稀的资源卖到国外吗？

　　越是封锁，就越说明航空发动机的战略重要性，就越需要突破。于是，这家公司决定：自己生产用于航空发动机的单晶涡轮叶片。

　　这个行业投资大、周期长、回报慢，而单晶涡轮叶片是目前航空发动机所有零件中制造工序最多、周期最长、合格率最低、国外封锁和垄断最为严重的零件。

　　面对严峻的现实，如何突破重重难关？

　　在国家“千人计划”的帮助下，该公司请到了十几位国外顶级专家——他们先后就职于几大著名的航空发动机公司，有多年航空发动机零部件研发、制造、安装测试、维修、质量控制的相关经验。

　　有了人才和技术，还差设备。几经辗转，他们终于在一家英国单晶炉供应商那里解决了问题。

　　于是，2013年底，在成都市双流郊区这片原本荒芜的土地上，中国国产发动机单晶叶片的希望开始萌芽。

　　2015年7月22日，成都航宇第一批产品出炉，合格率一鸣惊人。

　　2016年，国际权威第三方检测机构出具的检测报告表明，成都航宇超合金技术有限公司送检的单晶叶片在高温拉伸性能、高温持久性能等方面的测试结果均符合欧美标准。

　　成都航宇由此成为国内首家单晶叶片成品率达到量产水准的企业。

　　至今，单晶叶片投产的时间不过短短一年。 

　　虽然航空发动机的研制不单单是一个单晶叶片成功量产就能解决的，可单晶叶片作为发动机最为核心的组件，其成功量产对中国航空业的重要性毋庸置疑。

　　 或许，在不久后，中国飞机就可以放心地使用“中国心”了。

责任编辑：张建利