單晶、空心的鎳基高溫鈦合金葉片

鈦合金更輕、更耐高溫，是研發航空材料的科學家們的極致追求。在更輕方面，美國GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb（以下簡稱4822）鈦合金替代原來的鎳基高溫合金制造了發動機最后兩級低壓渦輪葉片，使單臺發動機減重約200磅，與之前同級別不用鈦合金葉片的相比，節油20%。鈦4822也不完美。陳光教授解釋說，它有兩大不足。一是室溫拉伸塑性低（<2%），必須開發相應的半脆性材料加工、制造以及發動機裝配工藝路徑和設計框架，增加了設計與制造成本，且不敢用于前部的壓氣機。如果能將TiAl 合金室溫拉伸塑性提高到3%以上，就可將其由只在最末兩級低壓渦輪葉片應用，擴大至前部的壓氣機葉片，同時可采用常規的設計安裝方法，降低設計制造以及維護成本。二是高溫強度不足，強度從約650℃開始下降，700℃/3000h 組織開始分解，限制了其不能在更高的溫度范圍替代鎳基高溫合金。

“一個單晶、空心的鎳基高溫合金葉片，巴掌大小，但是它的價值是多少呢？相當于是一輛高級轎車。”南京理工大學材料科學與工程學院教授陳光說。航空發動機是飛機的“心臟”，葉片則是“心臟”中最關鍵的核心部件。陳光教授團隊發明的TiAl單晶技術，攻克了TiAl鈦合金室溫脆性大和服役溫度低兩大難題，實現了強度、塑性和蠕變抗力的優異結合與跨越性提升，室溫拉伸塑性由＜2%提高到6.9%，強度開始下降溫度由約650℃提高到950℃以上，900℃最小蠕變速率和持久壽命優于美國4822鈦合金1到2個數量級，具有重大意義。