“錸”是個(gè)什么金屬？其與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)系是什么？有了“錸”，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)就能有質(zhì)的飛躍？9月11日，北京天驕航空產(chǎn)業(yè)投資有限公司創(chuàng)新研究院副院長、國家“千人計(jì)劃”專家王光秋在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)稱，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制是一個(gè)系統(tǒng)工程，不會(huì)單靠“錸”就有大的突破，其僅是增加發(fā)動(dòng)機(jī)材料性能的因素之一。

　　稀有、高溶點(diǎn)、結(jié)實(shí)難開裂

　　先看看“錸”的前世今生。

　　錸，一種金屬元素，是高熔點(diǎn)金屬之一。根據(jù)權(quán)威專業(yè)書籍《蘭氏化學(xué)手冊》，錸是僅次于鎢(3308攝氏度)的第二難熔金屬，熔點(diǎn)為3180攝氏度。

　　百度百科查詢，錸還是一個(gè)真正的稀有元素，在地殼中的含量僅僅大于鏷和鐳。再加上它不形成固定礦物，通常與其他金屬伴生，使它成為自然界最后被發(fā)現(xiàn)的稀有元素。

　　1872年，門捷列夫根據(jù)元素周期律預(yù)言，在自然界中存在一個(gè)尚未發(fā)現(xiàn)的，原子量為190的“類錳”元素。直到1925年，德國化學(xué)家諾達(dá)克用光譜法在鈮錳鐵礦中發(fā)現(xiàn)了這個(gè)元素，取萊茵河稱謂將其命名為“錸”。

　　據(jù)《蘭氏化學(xué)手冊》，除高熔點(diǎn)外，錸有極高的強(qiáng)度且塑形很好(俗稱“既結(jié)實(shí)又難以開裂”)，在高溫、急速冷卻和猛烈加熱并帶有強(qiáng)烈機(jī)械沖擊和振動(dòng)的條件下，“錸”也具備極佳的長時(shí)間工作抵御變形和開裂能力。

　　增加渦輪葉片合金材料性能的元素之一

　　渦輪葉片為現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)關(guān)鍵部件，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)不僅需同時(shí)承受約1600度高溫、數(shù)十個(gè)大氣壓和以每分鐘數(shù)萬的轉(zhuǎn)速，還要承受強(qiáng)大離心力的持續(xù)作用。

　　“如此嚴(yán)苛的工作條件，發(fā)動(dòng)機(jī)所用材料仍需做到不能熔化，不能變形，不能斷裂。而錸的一系列特性，使之成為極佳選材之一。”王光秋說，比起上一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用的定向結(jié)晶的普通葉片，新一代則普遍采用單晶葉片，這可增加200攝氏度左右的渦輪燃燒溫度，有錸加入單晶葉片，可以增強(qiáng)材料各方面的性能。

　　錸加入單晶葉片的歷史或有20年左右。但由于“錸”量少且提純成本高，使其價(jià)格十分昂貴，不可能大范圍用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制。據(jù)《南方財(cái)富網(wǎng)》援引自美國地質(zhì)調(diào)查局報(bào)告稱，全球探明的錸儲(chǔ)量僅為2500噸左右，其價(jià)格跟白金價(jià)格相仿，一克大概需要兩三百塊錢。另據(jù)資料顯示，2010年，中國陜西某礦山勘探到176噸。

　　“航空發(fā)動(dòng)機(jī)有上萬個(gè)零部件，渦輪葉片是其中一個(gè)關(guān)鍵部件，即使有錸加入，需要在合金中怎么加，加多少，這些都是要認(rèn)真研究的課題。”王光秋說。

　　新一代發(fā)動(dòng)機(jī)總效率是熱效率和推進(jìn)效率之積

　　“航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)綜合的系統(tǒng)工程，其總效率是熱效率和推進(jìn)效率之積。”王光秋說，增加航空發(fā)動(dòng)機(jī)的效率來自兩個(gè)部分，分別是熱效率和推進(jìn)效率。目前最新一代發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率大約是50%，推進(jìn)效率約為80%。

　　王光秋告訴記者，以目前最先進(jìn)的波音787和空客350為例，其使用的發(fā)動(dòng)機(jī)總效率即略高于40%。

　　“通過使用含有錸元素的單晶渦輪葉片，提高燃?xì)鉁囟仍黾訜嵝?，是?shí)現(xiàn)提高發(fā)動(dòng)機(jī)總效率的路徑之一。另一方面，當(dāng)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)也通過增加推進(jìn)效率達(dá)到提高總效率的目標(biāo)。”王光秋說。

　　兩種效率各占多少，也是研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)的難點(diǎn)。“通過提高燃?xì)鉁囟龋鄳?yīng)也增加了氮氧化物的排放；溫度高又增加空氣流速，噪聲也加大了。”王光秋說。

　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理顯示，一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)包括低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、高壓渦輪和低壓渦輪，中間還有一個(gè)環(huán)形燃燒室。“這些結(jié)構(gòu)，工作的溫度、壓力環(huán)境都不一樣，其使用的材料也不同。而金屬錸，則主要是針對主壓渦輪葉片。”王光秋認(rèn)為，由于物理?xiàng)l件的限制，通過增加溫度提高熱效率比較困難，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)，主要是通過增大涵道比提高推進(jìn)效率，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)總效率，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。