9月初，一則《中國(guó)發(fā)現(xiàn)超級(jí)金屬“錸”》的消息引起熱議，稱(chēng)這一稀有金屬能突破航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的瓶頸。
　　“錸”是個(gè)什么金屬，與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)系是什么？有了“錸”，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)就能有質(zhì)的飛躍嗎？9月11日，北京天驕航空產(chǎn)業(yè)投資有限公司創(chuàng)新研究院副院長(zhǎng)、國(guó)家“千人計(jì)劃”專(zhuān)家王光秋在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)稱(chēng)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制是一個(gè)系統(tǒng)工程，不會(huì)單靠“錸”就有大的突破，其僅是增加發(fā)動(dòng)機(jī)材料性能的因素之一。
　　稀有、高熔點(diǎn)、結(jié)實(shí)難開(kāi)裂
先看看“錸”的前世今生。
　　錸，一種金屬元素，是高熔點(diǎn)金屬之一。根據(jù)業(yè)內(nèi)權(quán)威的《蘭氏化學(xué)手冊(cè)》，鎢錸合金是僅次于鎢（3308攝氏度）的第二難熔金屬，熔點(diǎn)為3180攝氏度。百度百科查詢(xún)，錸還是一個(gè)真正的稀有元素，在地殼中的含量?jī)H僅大于鏷和鐳。再加上它不形成固定礦物，通常與其他金屬伴生，使它成為自然界最后被發(fā)現(xiàn)的稀有元素。1872年，門(mén)捷列夫根據(jù)元素周期律預(yù)言，在自然界中存在一個(gè)尚未發(fā)現(xiàn)的，原子量為190的“類(lèi)錳”元素。直到1925年，德國(guó)化學(xué)家諾達(dá)克用光譜法在鈮錳鐵礦中發(fā)現(xiàn)了這個(gè)元素，取萊茵河稱(chēng)謂將其命名為“錸”。
　　據(jù)《蘭氏化學(xué)手冊(cè)》，除高熔點(diǎn)外，錸有極高的強(qiáng)度且塑形很好（俗稱(chēng)“既結(jié)實(shí)又難以開(kāi)裂”），在高溫、急速冷卻和猛烈加熱并帶有強(qiáng)烈機(jī)械沖擊和振動(dòng)的條件下，“錸”也具備極佳的長(zhǎng)時(shí)間工作抵御變形和開(kāi)裂能力。增加渦輪葉片合金材料性能的元素之一
　　渦輪葉片為現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)關(guān)鍵部件，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)不僅需同時(shí)承受約1600攝氏度高溫、數(shù)十個(gè)大氣壓和以每分鐘數(shù)萬(wàn)的轉(zhuǎn)速，還要承受強(qiáng)大離心力的持續(xù)作用。“如此嚴(yán)苛的工作條件，發(fā)動(dòng)機(jī)所用材料仍需做到不能熔化，不能變形，不能斷裂。而錸的一系列特性，使之成為極佳選材之一?！蓖豕馇镎f(shuō)，比起上一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用的定向結(jié)晶的普通葉片，新一代則普遍采用單晶葉片，這可增加200攝氏度左右的渦輪燃燒溫度，有錸加入單晶葉片，可以增強(qiáng)材料各方面的性能。
　　錸加入單晶葉片的歷史或有20年左右。但由于錸量少且提純成本高，使其價(jià)格十分昂貴，不可能大范圍用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制。據(jù)《南方財(cái)富網(wǎng)》援引美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局報(bào)告稱(chēng)，全球探明的鎢錸合金儲(chǔ)量?jī)H為2500噸左右，其價(jià)格跟白金價(jià)格相仿，一克大概需要兩三百塊錢(qián)。另?yè)?jù)資料顯示，2010年，中國(guó)陜西某礦山勘探到176噸。

　“航空發(fā)動(dòng)機(jī)有上萬(wàn)個(gè)零部件，渦輪葉片是其中一個(gè)關(guān)鍵部件，即使有錸加入，需要在合金中怎么加，加多少，這些都是要認(rèn)真研究的課題?！蓖豕馇镎f(shuō)。新一代發(fā)動(dòng)機(jī)總效率是熱效率和推進(jìn)效率之積“航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)綜合的系統(tǒng)工程，其總效率是熱效率和推進(jìn)效率之積?！蓖豕馇镎f(shuō)，增加航空發(fā)動(dòng)機(jī)的效率來(lái)自?xún)蓚€(gè)部分，分別是熱效率和推進(jìn)效率。目前最新一代發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率大約是50%，推進(jìn)效率約為80%。
　　王光秋告訴記者，以目前最先進(jìn)的波音787和空客350為例，其使用的發(fā)動(dòng)機(jī)總效率即略高于40%。
　　“通過(guò)使用含有錸元素的單晶渦輪葉片，提高燃?xì)鉁囟仍黾訜嵝剩菍?shí)現(xiàn)提高發(fā)動(dòng)機(jī)總效率的路徑之一。另一方面，當(dāng)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)也通過(guò)增加推進(jìn)效率達(dá)到提高總效率的目標(biāo)。”王光秋說(shuō)。兩種效率各占多少，也是研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)的難點(diǎn)。“通過(guò)提高燃?xì)鉁囟?，相?yīng)也增加了氮氧化物的排放；溫度高又增加空氣流速，噪聲也加大了?！蓖豕馇镎f(shuō)。
　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理顯示，一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)包括低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、高壓渦輪和低壓渦輪，中間還有一個(gè)環(huán)形燃燒室?！斑@些結(jié)構(gòu)，工作的溫度、壓力環(huán)境都不一樣，其使用的材料也不同。而金屬錸，則主要是針對(duì)主壓渦輪葉片。”王光秋認(rèn)為，由于物理?xiàng)l件的限制，通過(guò)增加溫度提高熱效率比較困難，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)，主要是通過(guò)增大涵道比提高推進(jìn)效率，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)總效率，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

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