揚眉吐氣！被歐美掐命門的中國航空發動機，終於有了「壯骨粉」

錸（lái），素有「航空發動機的壯骨粉」之稱。

缺了它，航空發動機的性能和壽命都要大打折扣。此外，航天和導彈也離不開它。

由於歐美長期對華實行技術封鎖，「錸」成為長期作為掣肘我國航空發動機研發的瓶頸問題。

現在，依託對錸的勘探發掘和含錸高溫合金技術的使用，中國企業已經能夠生產出航天發動機中最關鍵的部位——錸鎳合金單晶葉片。

這無疑是給國產航空發動機打了一劑「強心劑」！

西方分析人士認為：如果中國把錸運用到航空發動機領域，並取得技術突破，就會打破美歐對該領域技術的壟斷。

1厲害的錸閃亮登場！

如果說，航空發動機是現代工業的「皇冠」，那麼，渦輪葉片無疑就是「皇冠上的明珠」。

渦輪葉片處於航空發動機中溫度最高、應力最複雜、環境最惡劣的部位，是航空產品的第一關鍵零件。

以F-22的發動機F-119為例，其直徑僅1.168米，卻需要提供15.6噸的推力。

在飛行中，其渦輪和風扇除了承受極大的壓力，還需忍受高溫的熬煎。在飛機高速飛行時，F-119的發動機渦輪前溫度可高達1977K（約1700攝氏度）。

因此，選擇合適的材料來製造渦輪葉片至關重要。

在早期的渦輪噴氣發動機時代，渦輪前溫度較低，高溫鎳合金（能夠承受1000℃左右高溫）是可以對付的。

但是，到了渦扇發動機時代，在燃油利用率和推重比大幅提高的同時，渦輪前溫度也更高了。

高溫鎳合金根本扛不住，葉片發生了蠕變。

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渦扇發動機

註：蠕變，指發動機葉片承受不住高溫和壓力發生變形。這會帶來很嚴重的後果，比如渦輪葉片發生斷裂、葉片飛出損傷機匣等，危及飛機安全。

研發出具備高耐熱性和高抗變形性的渦輪葉片，成為擺在各國研發人員面前的重要問題。

這時候，錸，登場了！

錸究竟是一種什麼樣的金屬呢？

1869年，門捷列夫發表了世界上第一份元素周期表。1871年，這老爺子提出，在錳副族中，會有尚未發現但卻一定存在的元素。

這個元素就是錸。

德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫

錸作為最後一個被人類發現的穩定元素，直到1925年才被發現。

這種「千呼萬喚始出來」的金屬非常厲害：

*熔點高達3180攝氏度，僅次於目前自然界最難熔化的鎢（3410攝氏度）。

*沸點高達5596攝氏度，在整個元素周期表裡獨佔鰲頭。

*耐腐蝕，強酸和強鹼遇到錸只能無可奈何。

把濃鹽酸和濃硝酸按3:1的體積比混合，就製成了能夠溶解黃金和白金（鉑）的王水。但是，在常溫常壓下，王水對錸毫無作用！

上圖從左至右，依次為：純度為99.9999%、99.995%和99.99%的錸

擁有強大性能的錸是製造渦輪葉片的首選材料。

把錸加入到鎳基超級合金中，只需一點點，就能大幅提高渦輪葉片的抗蠕變性，同時還能提高葉片的抗氧化和抗疲勞性能。

目前，全球約80%的錸都被用於生產航空發動機的單晶葉片。

此外，小到排氣噴嘴、石油催化劑，大到火箭（在2200℃的高溫下，用錸合金製成的火箭發動機噴管能夠經受住10萬次以上的熱疲勞循環）、衛星和導彈，錸在很多關鍵領域都有重要應用，。

2各大國展開激烈爭奪！

然而，這種「厲害的金屬」含量極少，價格與白金不相上下。據美國地質調查局報告，全球探明的錸儲量約為2500噸，年產量峰值（不包括回收）僅為4.5噸；並且，分布也很不均衡，大部分錸集中蘊藏在智利（1300噸）、美國（390.1噸）、俄羅斯（310.4噸）等。

那麼，錸夠用嗎？

根據波音公司預測，到2031年，全球民用飛機新機交付量為3.4萬架，則發動機需求數量約為6.8萬台，累計需求錸約1700噸，平均每年消耗85噸。

根據全球四大航空發動機製造商羅羅公司預測，未來20年，全球軍用航空發動機新機銷售量約為3.2萬台，累計需求錸約為800噸，平均每年消耗約40噸。

由此可見，不說別的，單單是在航空發動機領域，全球每年錸的需求量就達到了125噸！全球錸儲量根本不夠用！

各大國已經意識到這一點，紛紛加快對錸的利用和搶奪。

美國很早就在發動機高溫合金中添加錸。

最初，美國研發人員在F-15戰鬥機裝備的「普惠F100發動機」中試驗性地添加了3%的錸，嘗到甜頭後，不斷增加用量。F-22戰鬥機裝備的「普惠F119系列發動機」的含錸量已經達到了6%。

F-22「猛禽」戰鬥機（圖片來源：環球網）

美國還是全球最大的錸消費國——通用電氣使用了全球28%的錸，普惠公司使用了12%。

美國是世界第二大錸儲量國（僅次於智利），並且，還跟智利、墨西哥和哈薩克都簽署了長期的錸開採合同，幾乎控制著全球錸儲備和銷售市場。

同樣，歐洲也是錸金屬消費巨頭。英國的羅羅公司使用了全球28%的錸。

羅爾斯·羅伊斯（又稱「勞斯萊斯」），英國著名航空發動機公司

作為世界第三大錸儲量國，俄羅斯的錸主要集中於與日本存在領土爭議的擇捉島。

23年的觀測和統計顯示，島上火山每年至少噴出20公斤錸（以二硫化錸形式），最高達到60公斤/年。這樣寶貴的資源，俄羅斯人怎麼可能不抓在自己手裡呢！

擇捉島

3歐美費盡心機封鎖中國

直到上世紀末，中國並沒有發現錸，一度被認為是「貧錸國」，對含錸高溫合金和單晶葉片鑄造技術的相關研究也很少。

進入21世紀，中國才發現錸資源，但儲量並不豐富，產量在每年2噸左右，無法滿足需求。

為了維持在航空工業的優勢地位，歐美國家常年針對中國進行材料和技術封鎖，對錸的相關技術盯得很緊。

英國的羅羅公司雖然在中國投資建廠，但是，對於中國員工卻層層設防，即便在公司工作近10年、表現出色的老員工，也不能接觸到一點核心技術。

因此，航空發動機成了我國航空工業中的一個短板。

現在，我國部分軍用飛機依然使用國外發動機，C919大型噴氣式客機使用的發動機產自一家美法合資企業。

國產大飛機C919

2016年，中國衝破種種限制，大量進口錸，進口量達到了4.5—5噸/年，約等於全球產量的10%（假如洛克希德-馬丁公司的F-35戰機項目全力投產，與之配套的普惠公司F135發動機項目的錸消費能力大概如此）。

這引起了歐美的極大恐慌。美國《航空和空間技術周刊》認為：「除軍事效用以外，此舉還將威脅到西方三大航空燃氣渦輪發動機廠商（通用電氣公司、羅爾斯羅伊斯國際有限公司和普惠公司），因為這些企業有許多重要產品需要用到錸。」

同時，也有外國業內人士表示質疑：即便有了錸，中國能造出合格的單晶葉片嗎？

4中國民企殺出一條「血路」！

打破僵局的是一家名叫「鍊石有色」的民營企業。

2010年，這家公司在其下屬的陝西省洛南縣黃龍鋪鉬礦區礦山中勘探到錸，儲量達到176噸，約佔全球儲量的7%，引起了國內外的極大關注。

為了找到獲得更多的錸，「鍊石有色」旗下的成都航宇超合金技術有限公司與湖南有色研究院展開合作，用一年多的時間攻克了技術難題，實現了錸的提純。

但是，坐擁這樣的稀缺資源，大家卻發現：這種稀有金屬在國內卻幾乎沒有銷路——國內對錸的開發和利用幾乎一片空白！

無奈之下，他們把眼光轉向國際市場，希望用以資源換技術的模式，尋求與國外這類合金製造企業進行合作。

難道，要把這些比金子還珍稀的資源賣到國外嗎？

越是封鎖，就越說明航空發動機的戰略重要性，就越需要突破。於是，這家公司決定：自己生產用於航空發動機的單晶渦輪葉片。

這個行業投資大、周期長、回報慢，而單晶渦輪葉片是目前航空發動機所有零件中製造工序最多、周期最長、合格率最低、國外封鎖和壟斷最為嚴重的零件。

面對嚴峻的現實，如何突破重重難關？

在國家「千人計劃」的幫助下，該公司請到了十幾位國外頂級專家——他們先後就職於幾大著名的航空發動機公司，有多年航空發動機零部件研發、製造、安裝測試、維修、質量控制的相關經驗。

有了人才和技術，還差設備。幾經輾轉，他們終於在一家英國單晶爐供應商那裡解決了問題。

於是，2013年底，在成都市雙流郊區這片原本荒蕪的土地上，中國國產發動機單晶葉片的希望開始萌芽。

2015年7月22日，成都航宇第一批產品出爐，合格率一鳴驚人。

2016年，國際權威第三方檢測機構出具的檢測報告表明，成都航宇超合金技術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果均符合歐美標準。

成都航宇由此成為國內首家單晶葉片成品率達到量產水準的企業。

至今，單晶葉片投產的時間不過短短一年。

雖然航空發動機的研製不單單是一個單晶葉片成功量產就能解決的，可單晶葉片作為發動機最為核心的組件，其成功量產對中國航空業的重要性毋庸置疑。

或許，在不久後，中國飛機就可以放心地使用「中國心」了。

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