单晶、空心的镍基高温钛合金叶片

钛合金更轻、更耐高温，是研发航空材料的科学家们的极致追求。在更轻方面，美国GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb（以下简称4822）钛合金替代原来的镍基高温合金制造了发动机最后两级低压涡轮叶片，使单台发动机减重约200磅，与之前同级别不用钛合金叶片的相比，节油20%。钛4822也不完美。陈光教授解释说，它有两大不足。一是室温拉伸塑性低（<2%），必须开发相应的半脆性材料加工、制造以及发动机装配工艺路径和设计框架，增加了设计与制造成本，且不敢用于前部的压气机。如果能将TiAl 合金室温拉伸塑性提高到3%以上，就可将其由只在最末两级低压涡轮叶片应用，扩大至前部的压气机叶片，同时可采用常规的设计安装方法，降低设计制造以及维护成本。二是高温强度不足，强度从约650℃开始下降，700℃/3000h 组织开始分解，限制了其不能在更高的温度范围替代镍基高温合金。

“一个单晶、空心的镍基高温合金叶片，巴掌大小，但是它的价值是多少呢？相当于是一辆高级轿车。”南京理工大学材料科学与工程学院教授陈光说。航空发动机是飞机的“心脏”，叶片则是“心脏”中最关键的核心部件。陈光教授团队发明的TiAl单晶技术，攻克了TiAl钛合金室温脆性大和服役温度低两大难题，实现了强度、塑性和蠕变抗力的优异结合与跨越性提升，室温拉伸塑性由＜2%提高到6.9%，强度开始下降温度由约650℃提高到950℃以上，900℃最小蠕变速率和持久寿命优于美国4822钛合金1到2个数量级，具有重大意义。