為了盡快補(bǔ)足這塊短板,,國家一直在加大航空發(fā)動機(jī)的研發(fā)力度,。如今,航空工業(yè)持續(xù)發(fā)力,,正不斷縮小著與*發(fā)動機(jī)的差距,。航空發(fā)動機(jī)是當(dāng)今世界上復(fù)雜的、多學(xué)科集成的工程機(jī)械系統(tǒng)之一,,核心部件就是單晶葉片,。看似單薄的零件迸發(fā)出驚人的動力,,每一片葉片輸出的馬力都相當(dāng)于一臺2.0排量的SUV汽車,。生產(chǎn)單晶葉片,離不開一種珍貴的稀有金屬-錸,。在成都航宇超合金技術(shù)有限公司,,我們見到了單晶葉片生產(chǎn)中為關(guān)鍵的金屬——錸。
在河北廊坊科技園,,一款為無人機(jī)和商務(wù)機(jī)而設(shè)計(jì)的航空發(fā)動機(jī)正在進(jìn)行150小時試車,,考核發(fā)動機(jī)在各種狀態(tài)下技術(shù)性能和可靠性及壽命等綜合指標(biāo)。中國科學(xué)院工程熱物理所所長朱俊強(qiáng):150小時做完了,,首飛保證就沒問題了,,可以到不同高度進(jìn)行試飛了,這個發(fā)動機(jī)基本定型,。中國科學(xué)院工程熱物理所輕型動力實(shí)驗(yàn)室實(shí)任徐綱:這一款渦扇發(fā)動機(jī)它的耗油率,,它的壽命,這些指標(biāo)都達(dá)到了先進(jìn)水平,,國內(nèi)也是個空白,,所有的零件都是自主設(shè)計(jì),然后自主生產(chǎn),,尤其是像里面的高溫的單晶渦輪葉片,,實(shí)際上就是可以說發(fā)動機(jī)里面,加工的難點(diǎn)中的難點(diǎn)。
單晶葉片處于航空發(fā)動機(jī)中溫度高,、應(yīng)力復(fù)雜,、環(huán)境惡劣的部位,是航空產(chǎn)品*關(guān)鍵零件,,它的鑄造工藝直接決定了航空發(fā)動機(jī)的性能,。在這臺1000公斤推力的發(fā)動機(jī)中心,核心部件就是眼前這60片單晶葉片,。發(fā)動機(jī)將空氣進(jìn)行壓縮之后壓入燃燒室,,在有限的空間內(nèi)和燃料發(fā)生劇烈燃燒,產(chǎn)生猛烈的燃?xì)鈬娚淞?,推動這些葉片高速旋轉(zhuǎn),,讓看似單薄的零件迸發(fā)出驚人的動力,每一片葉片輸出的馬力都相當(dāng)于一臺2.0排量的SUV汽車,。
為了防止熔化,,工程技術(shù)人員把每一片葉片都制作成空心,中間還設(shè)計(jì)了一個精密而復(fù)雜的冷卻系統(tǒng),。冷卻系統(tǒng)帶走的熱量,,可以在1/20秒,、甚至更短的時間內(nèi)燒開一壺水,。但是在1700度的高溫之下,普通金屬還是不夠耐熱,。生產(chǎn)單晶葉片,,離不開一種珍貴的稀有金屬-錸。在成都航宇超合金技術(shù)有限公司,,我們見到了單晶葉片生產(chǎn)中為關(guān)鍵的金屬——錸,。這是人類發(fā)現(xiàn)晚的天然元素,因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)者是德國化學(xué)家,,因此以萊茵河的名稱命名為錸,。它在地殼中的含量比所有的稀土元素都小,比鉆石更難以獲取,。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的報(bào)告,,探明的錸儲量僅為2500噸左右,錸的價格跟白金的價格相仿,,一克大概需要兩三百塊錢,。
能夠提純錸金屬的,是成都航宇超合金技術(shù)有限公司的母公司,,這是一家上市的礦業(yè)公司,。2010年,這家公司在其下屬的陜西省洛南縣黃龍鋪鉬礦區(qū)礦山中斟探到錸,,儲量達(dá)到176噸,,約占儲量的7%,,僅次于智利、美國,、俄羅斯和哈薩克斯坦,。近年來,隨著航空工業(yè)的發(fā)展,,錸消費(fèi)量的年均增長率為3%,,雖然價格不菲,卻一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài),。為了找到獲得更多的錸金屬,,成都航宇超合金技術(shù)有限公司通過與湖南有色研究院的合作,用一年多的時間攻克了技術(shù)難題,,實(shí)現(xiàn)了錸的提純,。但是坐擁這樣的稀缺資源,張政和股東們卻發(fā)現(xiàn)這種稀有金屬在國內(nèi)卻幾乎沒有銷路,。
無奈之下,,他們把眼光轉(zhuǎn)向市場,希望用資源換技術(shù)的模式,,尋求與國外這類合金制造企業(yè)的合作,。成都航宇超合金技術(shù)有限公司董事長 張政:每一家都希望跟我們簽長協(xié)價,我們只要生產(chǎn)出來他們就要,,但是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù),,所有掌握這個單晶技術(shù)的國家的企業(yè),都受制于美國的一個法律,,是不得參與技術(shù)合作的,。
美國是大的錸金屬消費(fèi)國,控制著銷售市場,,一直處于壟斷地位,。由于錸可以廣泛應(yīng)用于噴氣式發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī),約80%的錸用于生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī),,其在軍事戰(zhàn)略上有重要意義,。為了維持在航空工業(yè)的優(yōu)勢地位,美國和其它一些西方國家常年針對中國進(jìn)行材料和技術(shù)封鎖,。英國的航空發(fā)動機(jī)*羅爾斯羅伊斯雖然在中國投資建廠,,但是對中國員工層層設(shè)防,既便當(dāng)時已經(jīng)在公司工作了七年的宋陽,,也從來沒有機(jī)會接觸其核心技術(shù),。
成都航宇超合金技術(shù)有限公司副總宋陽:它有一些區(qū)域是限制中國人進(jìn)入的,他們不希望這樣的一些技術(shù)機(jī)密,被中國所了解和掌握,。我相信這不光是對于我個人,,對于很多在外企航空企業(yè)工作的中國人,可能都會經(jīng)歷這樣的一個比較尷尬的一個時刻,。越是封鎖,,就越說明航空發(fā)動機(jī)的戰(zhàn)略重要性,就越需要突破,。當(dāng)宋陽在上海立下這一志愿的時候,,遠(yuǎn)在千里之外的西安,礦業(yè)公司董事長張政也拍板做了一個重要的決定:自己生產(chǎn)用于航空發(fā)動機(jī)的單晶渦輪葉片,。
成都航宇超合金技術(shù)有限公司董事長張政:自己想辦法去解決這個技術(shù),,因?yàn)槲也幌胫蛔鳛橐粋€元素的供應(yīng)商,而且這樣稀有的一個元素,,我們把它供應(yīng)給海外的這些企業(yè),,而對中國毫無幫助。
2015年7月22日,,成都航宇*批產(chǎn)品出爐,,合格率一鳴驚人。2016年,,第三方檢測機(jī)構(gòu)出具的檢測報(bào)告表明,,成都航宇超合金技術(shù)有限公司送檢的單晶葉片在高溫拉伸性能、高溫持久性能等方面的測試結(jié)果均符合歐美標(biāo)準(zhǔn),。成都航宇也成為國內(nèi)*家單晶葉片成品率達(dá)到量產(chǎn)水準(zhǔn)的企業(yè),。
宋陽:中國這么多年的經(jīng)驗(yàn),凡是國外對中國進(jìn)行封鎖的,,靠我們自己的自力更生艱苦奮斗,我們都能夠在這個領(lǐng)域取得突破,。單晶葉片投產(chǎn)的時間不過短短一年,,一些生產(chǎn)細(xì)節(jié)還在不斷改進(jìn)。每一片不合格的葉片都是一份保貴的樣本,,能為工藝細(xì)節(jié)的改進(jìn)提供有價值的參考,。根據(jù)電子顯微鏡分析的結(jié)果,宋陽打算在重新生產(chǎn)這批葉片時,,更換澆鑄環(huán)節(jié)所使用的坩堝,。
工藝改進(jìn)后,再通過層層工序,,制造出一批這樣的單晶葉片需要一個半月的時間,。因?yàn)楹娇展I(yè)的特殊性,比生產(chǎn)周期更為漫長的,則是打開市場所需要的時間,。