中國發(fā)現(xiàn)超級金屬錸

2017-09-03 12:10?來源 綜合

　　中國發(fā)現(xiàn)超級金屬：長期以來航空發(fā)動機(jī)一直都是我國航空工業(yè)中的一個(gè)短板，生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)所需的單晶葉片，離不開一種珍貴的稀有金屬錸。最近，我國已發(fā)現(xiàn)這種超級金屬，并生產(chǎn)單晶葉片。

　　航空發(fā)動機(jī)每秒散熱1700多度，唯有“錸”金屬不被熔化

　　在河北廊坊科技園，一款為無人機(jī)和商務(wù)機(jī)而設(shè)計(jì)的航空發(fā)動機(jī)正在進(jìn)行150小時(shí)試車，考核發(fā)動機(jī)在各種狀態(tài)下技術(shù)性能和可靠性及壽命等綜合指標(biāo)。

　　中國科學(xué)院工程熱物理所所長朱俊強(qiáng)：150小時(shí)做完了，首飛保證就沒問題了，可以到不同高度進(jìn)行試飛了，這個(gè)發(fā)動機(jī)基本定型。

中國發(fā)現(xiàn)超級金屬錸

　　航空發(fā)動機(jī)是當(dāng)今世界上最復(fù)雜的、多學(xué)科集成的工程機(jī)械系統(tǒng)之一，需要在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速和高載荷的嚴(yán)酷條件下工作，并滿足功率大、重量輕、可靠性高、安全性好、壽命長等眾多十分苛刻甚至相互矛盾的要求，因此航空發(fā)動機(jī)被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”。我國雖然已經(jīng)是國際上為數(shù)不多的幾個(gè)可以獨(dú)立研制航空發(fā)動機(jī)的國家之一，但是航空發(fā)動機(jī)性能不達(dá)標(biāo)，一直都是中國航空業(yè)的一塊心病。

　　十三五期間，我國啟動了航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重大專項(xiàng)，航空工業(yè)持續(xù)發(fā)力，不斷縮小與國際一流發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的差距。

中國發(fā)現(xiàn)超級金屬錸

　　中國科學(xué)院工程熱物理所輕型動力實(shí)驗(yàn)室實(shí)任徐綱：這一款渦扇發(fā)動機(jī)它的耗油率，它的壽命，這些指標(biāo)都達(dá)到了國際先進(jìn)水平，國內(nèi)也是個(gè)空白，所有的零件都是自主設(shè)計(jì)，然后自主生產(chǎn)，尤其是像里面的高溫的單晶渦輪葉片，實(shí)際上就是可以說發(fā)動機(jī)里面，加工的難點(diǎn)中的難點(diǎn)。

中國發(fā)現(xiàn)超級金屬錸

　　單晶葉片處于航空發(fā)動機(jī)中溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最惡劣的部位，是航空產(chǎn)品第一關(guān)鍵零件，它的鑄造工藝直接決定了航空發(fā)動機(jī)的性能。

　　在這臺1000公斤推力的發(fā)動機(jī)中心，核心部件就是眼前這60片單晶葉片。發(fā)動機(jī)將空氣進(jìn)行壓縮之后壓入燃燒室，在有限的空間內(nèi)和燃料發(fā)生劇烈燃燒，產(chǎn)生猛烈的燃?xì)鈬娚淞鳎苿舆@些葉片高速旋轉(zhuǎn)，讓看似單薄的零件迸發(fā)出驚人的動力，每一片葉片輸出的馬力都相當(dāng)于一臺2.0排量的SUV汽車。

　　朱俊強(qiáng)：我們一千公斤級的發(fā)動機(jī)，它的高壓轉(zhuǎn)速都在三萬多轉(zhuǎn)接近四萬轉(zhuǎn)，大概的切向速度就是每秒種450米左右，溫度大概是1720多度。

中國發(fā)現(xiàn)超級金屬錸

　　為了防止熔化，工程技術(shù)人員把每一片葉片都制作成空心，中間還設(shè)計(jì)了一個(gè)精密而復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)帶走的熱量，可以在1/20秒、甚至更短的時(shí)間內(nèi)燒開一壺水。但是在1700度的高溫之下，普通金屬還是不夠耐熱。生產(chǎn)單晶葉片，離不開一種珍貴的稀有金屬-錸。

　　在成都航宇超合金技術(shù)有限公司，我們見到了單晶葉片生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的金屬——錸。這是人類發(fā)現(xiàn)最晚的天然元素，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)者是德國化學(xué)家，因此以萊茵河的名稱命名為錸。它在地殼中的含量比所有的稀土元素都小，比鉆石更難以獲取。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的報(bào)告，全球探明的錸儲量僅為2500噸左右，錸的價(jià)格跟白金的價(jià)格相仿，一克大概需要兩三百塊錢。

　　能夠提純錸金屬的，是成都航宇超合金技術(shù)有限公司的母公司，這是一家上市的礦業(yè)公司。2010年，這家公司在其下屬的陜西省洛南縣黃龍鋪鉬礦區(qū)礦山中斟探到錸，儲量達(dá)到176噸，約占全球儲量的7%，僅次于智利、美國、俄羅斯和哈薩克斯坦。近年來，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，錸消費(fèi)量的年均增長率為3%，雖然價(jià)格不菲，卻一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。

中國發(fā)現(xiàn)超級金屬錸

　　為了找到獲得更多的錸金屬，成都航宇超合金技術(shù)有限公司通過與湖南有色研究院的合作，用一年多的時(shí)間攻克了技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了錸的提純。但是坐擁這樣的稀缺資源，張政和股東們卻發(fā)現(xiàn)這種稀有金屬在國內(nèi)卻幾乎沒有銷路。

　　無奈之下，他們把眼光轉(zhuǎn)向國際市場，希望用資源換技術(shù)的模式，尋求與國外這類合金制造企業(yè)的合作。

　　成都航宇超合金技術(shù)有限公司董事長 張政：每一家都希望跟我們簽長協(xié)價(jià)，我們只要生產(chǎn)出來他們就要，但是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)，所有掌握這個(gè)單晶技術(shù)的國家的企業(yè)，都受制于美國的一個(gè)法律，是不得參與技術(shù)合作的。

　　美國是最大的錸金屬消費(fèi)國，控制著全球銷售市場，一直處于壟斷地位。由于錸可以廣泛應(yīng)用于噴氣式發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)，全球約80%的錸用于生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)，其在軍事戰(zhàn)略上有重要意義。為了維持在航空工業(yè)的優(yōu)勢地位，美國和其它一些西方國家常年針對中國進(jìn)行材料和技術(shù)封鎖。英國的航空發(fā)動機(jī)巨頭羅爾斯羅伊斯雖然在中國投資建廠，但是對中國員工層層設(shè)防，既便當(dāng)時(shí)已經(jīng)在公司工作了七年的宋陽，也從來沒有機(jī)會接觸其核心技術(shù)。

　　成都航宇超合金技術(shù)有限公司副總經(jīng)理宋陽：它有一些區(qū)域是限制中國人進(jìn)入的，他們不希望這樣的一些技術(shù)機(jī)密，被中國所了解和掌握。我相信這不光是對于我個(gè)人，對于很多在外企航空企業(yè)工作的中國人，可能都會經(jīng)歷這樣的一個(gè)比較尷尬的一個(gè)時(shí)刻。

　　越是封鎖，就越說明航空發(fā)動機(jī)的戰(zhàn)略重要性，就越需要突破。當(dāng)宋陽在上海立下這一志愿的時(shí)候，遠(yuǎn)在千里之外的西安，礦業(yè)公司董事長張政也拍板做了一個(gè)重要的決定：自己生產(chǎn)用于航空發(fā)動機(jī)的單晶渦輪葉片。

　　成都航宇超合金技術(shù)有限公司董事長張政：自己想辦法去解決這個(gè)技術(shù)，因?yàn)槲也幌胫蛔鳛橐粋€(gè)元素的供應(yīng)商，而且這樣稀有的一個(gè)元素，我們把它供應(yīng)給海外的這些企業(yè)，而對中國毫無幫助。

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　　民營企業(yè)進(jìn)軍中國航空業(yè) 單晶葉片國內(nèi)首次量產(chǎn)

　　一家民營企業(yè)，決定要進(jìn)入航空工業(yè)這樣一個(gè)資金密集型、人才密集型的行業(yè)，這個(gè)行業(yè)投資大，周期長，回報(bào)慢，而他們打算生產(chǎn)的單晶渦輪葉片又是目前航空發(fā)動機(jī)所有零件中制造工序最多、周期最長、合格率最低、國外封鎖和壟斷最為嚴(yán)重的零件。面對嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，要實(shí)現(xiàn)單晶渦輪葉片的量產(chǎn)，從人才到技術(shù)再到設(shè)備，他們怎么才能突破這重重難關(guān)呢？

　　成都航宇超合金技術(shù)有限公司董事長張政：必須先把人才的團(tuán)隊(duì)建成，才能去把整個(gè)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)出來，根據(jù)生產(chǎn)工藝才能在全世界選設(shè)備，這種人才都是全球頂級的人才，我們國家的人才計(jì)劃庫里頭，一定有他們的相應(yīng)的信息，我們是到那兒求援去了。

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　　不出張政所料，在政府幫助下，他很快物色到了幾位國外合適的頂級專家，他們先后就職于幾大著名的航空發(fā)動機(jī)公司，有多年年航空發(fā)動機(jī)零部件研發(fā)、制造、安裝測試、維修、質(zhì)量控制的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。求賢若渴的張政很快向他們拋出了橄欖枝，但最初卻遭到了婉拒。張政明白，一家民營企業(yè)很難對他們產(chǎn)生巨大的吸引力，何況還要遠(yuǎn)赴異國，一切都還要從零開始。

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　　正當(dāng)張政為專家團(tuán)隊(duì)而奔走的時(shí)候，2012年7月，國務(wù)院印發(fā)《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，將航空裝備產(chǎn)業(yè)列為高端裝備制造產(chǎn)業(yè)中的第一個(gè)項(xiàng)目，明確提出要突破航空發(fā)動機(jī)核心關(guān)鍵技術(shù)，加快推進(jìn)航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)化。國家層面的大力倡導(dǎo)無疑為張政的說服工作增加了最有份量的砝碼。也就從這一年起，張政的公司通過國家海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃，也就是“千人計(jì)劃”，先后成功地引進(jìn)了2位海外頂尖專家，同時(shí)又通過“四川省千人計(jì)劃”、“成都人才計(jì)劃”，搭建起自己的專業(yè)團(tuán)隊(duì)。根據(jù)各級政府相關(guān)政策，這些引進(jìn)人才不光能夠享受最高達(dá)到每人100萬的政策補(bǔ)助，還在出入境及居留、配偶安置、子女入學(xué)、醫(yī)療保險(xiǎn)、激勵表彰等方面享受相關(guān)特殊待遇。

　　宋陽就是由成都人才計(jì)劃引進(jìn)的團(tuán)隊(duì)骨干之一。政府的人才政策和公司的發(fā)展前景讓他毫不猶豫地選擇了從外企辭職，加盟正在興建的成都航宇公司，圓自己的國產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)之夢。

　　有了團(tuán)隊(duì)，也有了士氣，2013年底，在成都市雙流郊區(qū)這片原本荒蕪的土地上，開始生長出中國國產(chǎn)發(fā)動機(jī)單晶葉片的希望。為了能夠早日投產(chǎn)，廠房建設(shè)和設(shè)備購置同步進(jìn)行。

　　成都航宇超合金技術(shù)有限公司副總經(jīng)理 宋陽：單晶爐是單晶澆鑄工藝中最重要的一個(gè)設(shè)備，單晶爐是我們整個(gè)廠房開始籌建的第一天，就開始尋找合適的供應(yīng)商和技術(shù)方案。

　　他們最開始在歐洲找到一家業(yè)內(nèi)頗有名氣的單晶爐供應(yīng)商，但是對方卻表示只能提供標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備，拒絕按中國客戶的參數(shù)要求進(jìn)行定制。雖然團(tuán)隊(duì)多次溝通，但是都無功而返。幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，他們又找到英國一家單晶爐的供應(yīng)商，那供應(yīng)商只是想多賣一套設(shè)備，并沒有想到中國能自己生產(chǎn)單晶葉片。

　　隨著談判的深入，成都航宇拿出他們的訂制化方案，這家專業(yè)的單晶爐制造商不由得對這位行業(yè)新入者另眼相看。

　　成都航宇超合金技術(shù)有限公司副總經(jīng)理 宋陽：他們認(rèn)為跟西方的先進(jìn)的航空企業(yè)提出的方案是一致的，所以在后邊他們打消了這樣的一個(gè)疑慮，相信成都航宇是一個(gè)有技術(shù)能力，能夠攻克單晶葉片這樣的一個(gè)廠商。

中國發(fā)現(xiàn)超級金屬錸

　　這家供應(yīng)商并沒有看走眼，2015年7月22日，成都航宇第一批產(chǎn)品出爐，合格率一鳴驚人。

　　2016年，國際權(quán)威第三方檢測機(jī)構(gòu)出具的檢測報(bào)告表明，成都航宇超合金技術(shù)有限公司送檢的單晶葉片在高溫拉伸性能、高溫持久性能等方面的測試結(jié)果均符合歐美標(biāo)準(zhǔn)。成都航宇也成為國內(nèi)首家單晶葉片成品率達(dá)到量產(chǎn)水準(zhǔn)的企業(yè)。

　　宋陽：中國這么多年的經(jīng)驗(yàn)，凡是國外對中國進(jìn)行封鎖的，靠我們自己的自力更生艱苦奮斗，我們都能夠在這個(gè)領(lǐng)域取得突破。

　　單晶葉片投產(chǎn)的時(shí)間不過短短一年，一些生產(chǎn)細(xì)節(jié)還在不斷改進(jìn)。每一片不合格的葉片都是一份保貴的樣本，能為工藝細(xì)節(jié)的改進(jìn)提供有價(jià)值的參考。根據(jù)電子顯微鏡分析的結(jié)果，宋陽打算在重新生產(chǎn)這批葉片時(shí)，更換澆鑄環(huán)節(jié)所使用的坩堝。

　　工藝改進(jìn)后，再通過層層工序，制造出一批這樣的單晶葉片需要一個(gè)半月的時(shí)間。因?yàn)楹娇展I(yè)的特殊性，比生產(chǎn)周期更為漫長的，則是打開市場所需要的時(shí)間。

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編輯： yujeu