航空發(fā)動(dòng)機(jī)被視為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”，而單晶渦輪葉片則是鑲嵌在這顆明珠上的璀璨鉆石。作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，單晶渦輪葉片的性能直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的推力、油耗和可靠性，是衡量一個(gè)國(guó)家航空工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。

航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)本質(zhì)上是一臺(tái)能量轉(zhuǎn)換裝置，它將航空燃油的化學(xué)能通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化為高溫高壓熱能，再推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的飛行動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的耐溫能力越強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率就越高，推力更大、油耗更低。目前商用發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度已超過(guò)1500℃，軍用發(fā)動(dòng)機(jī)為滿足極限戰(zhàn)術(shù)需求，工作溫度甚至更高。在這樣極端的環(huán)境下，單晶渦輪葉片必須承受超高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速和腐蝕性燃?xì)獾亩嘀乜简?yàn)，長(zhǎng)期穩(wěn)定服役。

中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院自1956年成立以來(lái)，始終致力于航空材料的研發(fā)與創(chuàng)新，見(jiàn)證了我國(guó)航空材料事業(yè)從跟跑到并跑、局部領(lǐng)跑的跨越式發(fā)展。該院專(zhuān)職總師李嘉榮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克了單晶高溫合金的核心技術(shù)，研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第二代單晶高溫合金DD6。這種材料性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，甚至優(yōu)于歐美同類(lèi)產(chǎn)品，且成本更低，已成為我國(guó)應(yīng)用最廣泛的單晶高溫合金，為國(guó)家節(jié)約了大量戰(zhàn)略資源。

單晶渦輪葉片的制造工藝堪稱“超級(jí)金屬”的煉成術(shù)。20世紀(jì)六七十年代，航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片主要采用多晶合金，由無(wú)數(shù)細(xì)小晶粒組成，如同石塊壘成的石墻，容易因晶粒間的縫隙產(chǎn)生裂紋。而單晶合金通過(guò)特殊工藝使整片葉片形成一個(gè)完整晶體，如同無(wú)縫的整塊石板，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和高溫耐受能力大幅提升。其鑄造過(guò)程沿用了古老的失蠟法：先用精密模具壓制葉片型芯，再包裹蠟?zāi)２⑼扛蔡沾尚蜌ぃ刍灪笮纬设T造型殼，最后將合金熔液澆注其中，冷卻凝固后脫除型芯，制成空心冷卻結(jié)構(gòu)的單晶葉片。

中國(guó)航發(fā)航材院高溫合金材料研究所科研人員岳曉岱介紹，單晶葉片工作時(shí)不僅要承受足以熔化普通鋼材的超高溫，還要承受燃?xì)獾母咚贈(zèng)_刷。葉片絕不能出現(xiàn)拉長(zhǎng)或變形，哪怕僅1毫米的誤差，在高速旋轉(zhuǎn)下也可能剮蹭渦輪外環(huán)，引發(fā)安全隱患。這得益于Ni基單晶高溫合金的優(yōu)異性能。科研人員以金屬鎳為基體，根據(jù)高溫強(qiáng)度、抗蠕變性能和耐腐蝕等需求，科學(xué)配比多種合金元素。這些元素理化特性差異極大，例如鋁和錸的密度相差近8倍，熔點(diǎn)相差2500℃以上。團(tuán)隊(duì)通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了所有元素的均勻熔煉融合，并有效控制雜質(zhì)元素。

從合金熔煉到成品交付，單晶渦輪葉片的制造涉及十余個(gè)核心工序，每個(gè)工序又細(xì)分為十幾道甚至幾十道精細(xì)步驟。目前，全球僅有美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、法國(guó)和中國(guó)能夠獨(dú)立掌握單晶渦輪葉片的全鏈條技術(shù)，包括材料研發(fā)、精密鑄造和工程應(yīng)用。北京航空材料研究院自20世紀(jì)80年代起，率先研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單晶高溫合金，并成功制造出我國(guó)第一件單晶渦輪葉片和第一件單晶空心渦輪葉片，填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)空白。

經(jīng)過(guò)70年的發(fā)展，中國(guó)航發(fā)航材院已形成覆蓋16個(gè)領(lǐng)域、近80個(gè)材料專(zhuān)業(yè)的龐大體系，成為國(guó)內(nèi)材料領(lǐng)域的領(lǐng)軍機(jī)構(gòu)。其研發(fā)的單晶渦輪葉片已在多型先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，為軍民用飛機(jī)和直升機(jī)提供了關(guān)鍵材料支撐，推動(dòng)我國(guó)航空工業(yè)邁向更高水平。