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沈阳金属所胡壮麒院士访谈—航空发动机用高温材料

沈阳金属所胡壮麒院士访谈—航空发动机用高温材料


原文刊载于第三期《航空发动机》杂志上。


胡壮麒院士访谈

2005年5月26日，胡壮麒院士接受本刊编辑李华文的专访，并为本刊撰写了《镍基单晶高温合金的发展》一文（详见本期第1~7页）。

问：请您简要介绍一下高温合金的现状和未来的发展趋势？

胡院士：高温合金和航空发动机的研制是息息相关。提高发动机的研制水平主要有2条路：1条是设计（改进），另一条是材料（要跟得上）；单靠设计是远远不够的。高温材料主要包括叶片材料和涡轮盘材料，美国的In718（国内叫GH169）合金是涡轮盘用的主要材料。在世界范围内，In718合金的产量占高温合金的1/3左右。但In718合金有个缺点，它的使用温度最高为650℃，再高就要发生组织变化（相变），强度就会下降，使发动机设计受到限制。于是，粉末涡轮盘的研制提上日程，但在国内还没成功。
    研制新型航空发动机必然要遇到涡轮盘的问题。单靠进口肯定不行，价格贵且受控。中科院金属所开发了1项专利技术，在生产工艺不变的情况下，在In718合金中加入微量的硼和磷，其合金性能（寿命）会提高很多倍。这一成果曾在《中国科学工程》上发表。但粉末合金的研制还需要较长的时间，且投资巨大。但航空发动机的研制是有时间节点要求的，不可能等，现在有现成的比In718合金好的合金，就应该拿来、马上用。

问：请您简述国内外单晶合金的发展进程？

胡院士：叶片好，若涡轮盘不好，还是不行。当然叶片也很关键，它的受力条件非常苛刻，受到高温、高速旋转和离心力的作用，以及易被腐蚀。叶片材料最早使用变形高温合金；尔后是铸造高温合金（多晶的），但加力方向的晶间容易发生裂纹；经改进而得到柱晶合金，但其纵向晶间易发生裂纹；最后改进研制了单晶合金。多晶—定向—单晶合金，性能是1：4：9。
    单晶合金的研制是个方向。国外先进的航空发动机都用单晶合金，但国内还没有大量应用。单晶合金共分3代，主要以铼的含量的多少来区分。第1代，铼的含量为0；第2代，铼的含量为2%~3%；第3代，铼的含量达到5%~6%。当然，其它元素也有微量变化，但主要变化的是铼。加铼的单晶合金的缺点是价格太贵，比金子还贵；1t母合金（二、三十万元）要加五、六十千克的铼（上百万元）。铼是稀散元素，经提炼而得，在国内的产量极低。即使靠进口，也很难买到。
    因此，中国搞单晶合金要想办法不加铼，必须降低成本，不加铼单晶合金的性能要达到加铼的第2代单晶合金的水平；密度要小，如果性能上去了，密度太大，好处就抵消了。第2代单晶合金的密度为8.5g/cm3左右，第3代的为9g/cm3左右。如果中国的单晶合金研制成功了，国内的航空发动机研制水平将有较大提升。

问：请您展望一下新型航空发动机材料的研究方向？

胡院士：航空发动机用材料的发展方向是多方面的，其研究方向主要是面向应用。可以改善老材料，也可以发展新材料，但必须根据航空发动机的研制需要（要有应用背景）而进行。航空发动机研制前就要提出对材料的要求，即材料要先行。
    航空发动机研究所的材料室和材料研究所的材料研制要有分工，互相支援，但不能重复。材料研究所做基础研制工作，航空发动机研究所的材料室做后期工作（检测材料的使用性能等）。






附件:

=== 专家人才简历 ===

姓名:胡壮麒
个人基本资料
性别:男 出生年月:1929年8月
专业技术职务:中国工程院院士、研究员 行政职务:
单位:中国科学院金属研究所 通讯地址:沈阳市沈河区文化路72号 邮编: 110016

教育经历
1952年沪江大学化学系毕业。

工作经历
1952年参加工作, 现任中国科学院金属研究所研究员, 中国工程院院士、亚太材料科学院院士、博士生导师。中国材料学会理事、英文版材料科学技术杂志主编, 稀有金属材料与工程杂志顾问。《材料工程》和《自然科学进展》第四届编委、东北大学和沈阳大学名誉教授、哈工大、西工大、吉林大学、湖南大学、沈阳工业大学、武汉大学、大连理工大学、南京理工大学、东南大学等兼职教授。
　　从事高温合金和非平衡合金研究, 其中“发动机配套的多孔气冷铸造一级涡轮叶片的研制与推广”获国家科技进步一等奖；“增压器转子叶轮”获中科院优秀奖；“超声气体雾化微晶金属粉末工艺”获中科院科技进步一等奖、国家科技进步二等奖；“纳米金属材料形成、结构与性能研究”获国家自然科学三等奖；“发动机一级涡轮叶片K17G铸造镍基合金”获中科院科技进步二等奖, “抗热腐蚀DZ38G定向凝固镍基高温合金”获中科院科技进步二等奖, “激光浮区熔融生长制备高临界温度氧化物超导丝”获中科院科技进步三等奖, “缺口前端双氢峰发现及型变氢迁移和微区氢扩散的新发现”获中科院自然科学三等奖,“铝锂-I合金研制”获中科院科技进步三等奖。“单晶镍基高温合金非平衡凝固行为的研究”获国家教委三等奖。“超声气体雾化研制MCrAlY合金系列粉末“获辽宁省科技进步一等奖。研究非平衡凝固和在约束条件的定向凝固和快速凝固, 通过控制凝固过程, 研究溶质的非平衡再分配和相析出规律, 研究快速凝固的热流、溶质捕获等基本问题, 发展一系列性能优异的新材料, 包括高温合金, 定向结晶和单晶合金, 金属间化合物和亚稳材料。获得多项研究成果及奖励。曾于1959年被评为辽宁省青年社会主义建设积极分子;1985年被沈阳分院命名为优秀研究生导师；

1987年被评为辽宁省劳动模范;1988年被评为辽宁省有突出贡献的科学技术人员和辽宁省优秀专家, 享有政府特殊津贴，国家国防科学技术工业委员会授予他献身国防科技事业荣誉证章和证书，被评为1999-2000年度中国科学院沈阳分院优秀研究生导师; 2000年被授予沈阳市荣誉优秀专家。申请专利14项。培养硕士生22名, 博士生60名, 博士后13名。其中2名博士获院长奖学金特别奖，1名获中科院优秀青年科学家奖，2名分别获1999、2001年全国优秀博士论文奖，1名评为首届中科院优秀博士后。在国际杂志上发表论文317篇, 被他人引用589次,代表性著作有《凝固技术》，《电炉氧气炼钢的试验研究》，《M17镍基高温合金及铸造空心涡轮叶片》等著译作9本。

研究方向
高温合金和非平衡合金研究

著作
代表性著作有《凝固技术》，《电炉氧气炼钢的试验研究》，《M17镍基高温合金及铸造空心涡轮叶片》等著译作9本。   

发表论文
在国际杂志上发表论文317篇, 被他人引用589次

获奖成果
“发动机配套的多孔气冷铸造一级涡轮叶片的研制与推广”获国家科技进步一等奖；“增压器转子叶轮”获中科院优秀奖；“超声气体雾化微晶金属粉末工艺”获中科院科技进步一等奖、国家科技进步二等奖；“纳米金属材料形成、结构与性能研究”获国家自然科学三等奖；“发动机一级涡轮叶片K17G铸造镍基合金”获中科院科技进步二等奖, “抗热腐蚀DZ38G定向凝固镍基高温合金”获中科院科技进步二等奖, “激光浮区熔融生长制备高临界温度氧化物超导丝”获中科院科技进步三等奖, “缺口前端双氢峰发现及型变氢迁移和微区氢扩散的新发现”获中科院自然科学三等奖,“铝锂-I合金研制”获中科院科技进步三等奖。“单晶镍基高温合金非平衡凝固行为的研究”获国家教委三等奖。“超声气体雾化研制MCrAlY合金系列粉末“获辽宁省科技进步一等奖。研究非平衡凝固和在约束条件的定向凝固和快速凝固, 通过控制凝固过程, 研究溶质的非平衡再分配和相析出规律, 研究快速凝固的热流、溶质捕获等基本问题, 发展一系列性能优异的新材料, 包括高温合金, 定向结晶和单晶合金, 金属间化合物和亚稳材料。获得多项研究成果及奖励。