超级金属提取技术中国取得突破!飞机火箭上天全靠它!一克价值300元!

摘要: 生产单晶叶片,离不开一种珍贵的稀有金属-铼。在成都航宇超合金技术有限公司,我们见到了单晶叶片生产中最为关键的金属——铼。

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来源:中央电视台《经济半小时》

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长期以来航空发动机一直都是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,而在商业航空领域,C-919大型喷气式客机使用的发动机也产自一家美法合资企业。


为了尽快补足这块短板,国家一直在加大航空发动机的研发力度。如今,航空工业持续发力,正不断缩小着与国际一流发动机的差距。


航空发动机是当今世界上最复杂的、多学科集成的工程机械系统之一,核心部件就是单晶叶片。看似单薄的零件迸发出惊人的动力,每一片叶片输出的马力都相当于一台2.0排量的SUV汽车。生产单晶叶片,离不开一种珍贵的稀有金属-铼。在成都航宇超合金技术有限公司,我们见到了单晶叶片生产中最为关键的金属——铼。


航空发动机温度高达1700多度,唯有“铼”金属不被熔化


在河北廊坊科技园,一款为无人机和商务机而设计的航空发动机正在进行150小时试车,考核发动机在各种状态下技术性能和可靠性及寿命等综合指标。


中国科学院工程热物理所所长朱俊强:150小时做完了,首飞保证就没问题了,可以到不同高度进行试飞了,这个发动机基本定型。



中国科学院工程热物理所轻型动力实验室实任徐纲:这一款涡扇发动机它的耗油率,它的寿命,这些指标都达到了国际先进水平,国内也是个空白,所有的零件都是自主设计,然后自主生产,尤其是像里面的高温的单晶涡轮叶片,实际上就是可以说发动机里面,加工的难点中的难点。



单晶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,是航空产品第一关键零件,它的铸造工艺直接决定了航空发动机的性能。


在这台1000公斤推力的发动机中心,核心部件就是眼前这60片单晶叶片。发动机将空气进行压缩之后压入燃烧室,在有限的空间内和燃料发生剧烈燃烧,产生猛烈的燃气喷射流,推动这些叶片高速旋转,让看似单薄的零件迸发出惊人的动力,每一片叶片输出的马力都相当于一台2.0排量的SUV汽车。   



为了防止熔化,工程技术人员把每一片叶片都制作成空心,中间还设计了一个精密而复杂的冷却系统。冷却系统带走的热量,可以在1/20秒、甚至更短的时间内烧开一壶水。但是在1700度的高温之下,普通金属还是不够耐热。生产单晶叶片,离不开一种珍贵的稀有金属-铼。

   

在成都航宇超合金技术有限公司,我们见到了单晶叶片生产中最为关键的金属——铼。这是人类发现最晚的天然元素,因为发现者是德国化学家,因此以莱茵河的名称命名为铼。它在地壳中的含量比所有的稀土元素都小,比钻石更难以获取。根据美国地质调查局的报告,全球探明的铼储量仅为2500吨左右,铼的价格跟白金的价格相仿,一克大概需要两三百块钱。


能够提纯铼金属的,是成都航宇超合金技术有限公司的母公司,这是一家上市的矿业公司。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斟探到铼,储量达到176吨,约占全球储量的7%,仅次于智利、美国、俄罗斯和哈萨克斯坦。近年来,随着航空工业的发展,铼消费量的年均增长率为3%,虽然价格不菲,却一直处于供不应求的状态。



为了找到获得更多的铼金属,成都航宇超合金技术有限公司通过与湖南有色研究院的合作,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,张政和股东们却发现这种稀有金属在国内却几乎没有销路。


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

   

成都航宇超合金技术有限公司董事长 张政:每一家都希望跟我们签长协价,我们只要生产出来他们就要,但是因为这项技术,所有掌握这个单晶技术的国家的企业,都受制于美国的一个法律,是不得参与技术合作的。


美国是最大的铼金属消费国,控制着全球销售市场,一直处于垄断地位。由于铼可以广泛应用于喷气式发动机和火箭发动机,全球约80%的铼用于生产航空发动机,其在军事战略上有重要意义。为了维持在航空工业的优势地位,美国和其它一些西方国家常年针对中国进行材料和技术封锁。英国的航空发动机巨头罗尔斯罗伊斯虽然在中国投资建厂,但是对中国员工层层设防,既便当时已经在公司工作了七年的宋阳,也从来没有机会接触其核心技术。


成都航宇超合金技术有限公司副总经理宋阳:它有一些区域是限制中国人进入的,他们不希望这样的一些技术机密,被中国所了解和掌握。我相信这不光是对于我个人,对于很多在外企航空企业工作的中国人,可能都会经历这样的一个比较尴尬的一个时刻。


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。当宋阳在上海立下这一志愿的时候,远在千里之外的西安,矿业公司董事长张政也拍板做了一个重要的决定:自己生产用于航空发动机的单晶涡轮叶片。

   

成都航宇超合金技术有限公司董事长张政:自己想办法去解决这个技术,因为我不想只作为一个元素的供应商,而且这样稀有的一个元素,我们把它供应给海外的这些企业,而对中国毫无帮助。

 

民营企业进军中国航空业 单晶叶片国内首次量产


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。成都航宇也成为国内首家单晶叶片成品率达到量产水准的企业。


宋阳:中国这么多年的经验,凡是国外对中国进行封锁的,靠我们自己的自力更生艰苦奋斗,我们都能够在这个领域取得突破。


单晶叶片投产的时间不过短短一年,一些生产细节还在不断改进。每一片不合格的叶片都是一份保贵的样本,能为工艺细节的改进提供有价值的参考。根据电子显微镜分析的结果,宋阳打算在重新生产这批叶片时,更换浇铸环节所使用的坩埚。


工艺改进后,再通过层层工序,制造出一批这样的单晶叶片需要一个半月的时间。因为航空工业的特殊性,比生产周期更为漫长的,则是打开市场所需要的时间。



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