中国发现超级金属！打开国产航空发动机新篇章

长期以来航空发动机一直都是我国航空工业中的一个短板。现在，我国部分军用飞机依然使用国外发动机，而在商业航空领域，C-919大型喷气式客机使用的发动机也产自一家美法合资企业。

为了尽快补足这块短板，国家一直在加大航空发动机的研发力度。如今，航空工业持续发力，正不断缩小着与国际一流发动机的差距。航空发动机是当今世界上最复杂的、多学科集成的工程机械系统之一，核心部件就是单晶叶片。看似单薄的零件迸发出惊人的动力，每一片叶片输出的马力都相当于一台2.0排量的SUV汽车。生产单晶叶片，离不开一种珍贵的稀有金属-铼。在成都航宇超合金技术有限公司，我们见到了单晶叶片生产中最为关键的金属——铼。

在河北廊坊科技园，一款为无人机和商务机而设计的航空发动机正在进行150小时试车，考核发动机在各种状态下技术性能和可靠性及寿命等综合指标。中国科学院工程热物理所所长朱俊强：150小时做完了，首飞保证就没问题了，可以到不同高度进行试飞了，这个发动机基本定型。中国科学院工程热物理所轻型动力实验室实任徐纲：这一款涡扇发动机它的耗油率，它的寿命，这些指标都达到了国际先进水平，国内也是个空白，所有的零件都是自主设计，然后自主生产，尤其是像里面的高温的单晶涡轮叶片，实际上就是可以说发动机里面，加工的难点中的难点。

单晶叶片处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，是航空产品第一关键零件，它的铸造工艺直接决定了航空发动机的性能。在这台1000公斤推力的发动机中心，核心部件就是眼前这60片单晶叶片。发动机将空气进行压缩之后压入燃烧室，在有限的空间内和燃料发生剧烈燃烧，产生猛烈的燃气喷射流，推动这些叶片高速旋转，让看似单薄的零件迸发出惊人的动力，每一片叶片输出的马力都相当于一台2.0排量的SUV汽车。  

为了防止熔化，工程技术人员把每一片叶片都制作成空心，中间还设计了一个精密而复杂的冷却系统。冷却系统带走的热量，可以在1/20秒、甚至更短的时间内烧开一壶水。但是在1700度的高温之下，普通金属还是不够耐热。生产单晶叶片，离不开一种珍贵的稀有金属-铼。在成都航宇超合金技术有限公司，我们见到了单晶叶片生产中最为关键的金属——铼。这是人类发现最晚的天然元素，因为发现者是德国化学家，因此以莱茵河的名称命名为铼。它在地壳中的含量比所有的稀土元素都小，比钻石更难以获取。根据美国地质调查局的报告，全球探明的铼储量仅为2500吨左右，铼的价格跟白金的价格相仿，一克大概需要两三百块钱。

能够提纯铼金属的，是成都航宇超合金技术有限公司的母公司，这是一家上市的矿业公司。2010年，这家公司在其下属的陕西省洛南县黄龙铺钼矿区矿山中斟探到铼，储量达到176吨，约占全球储量的7%，仅次于智利、美国、俄罗斯和哈萨克斯坦。近年来，随着航空工业的发展，铼消费量的年均增长率为3%，虽然价格不菲，却一直处于供不应求的状态。为了找到获得更多的铼金属，成都航宇超合金技术有限公司通过与湖南有色研究院的合作，用一年多的时间攻克了技术难题，实现了铼的提纯。但是坐拥这样的稀缺资源，张政和股东们却发现这种稀有金属在国内却几乎没有销路。

无奈之下，他们把眼光转向国际市场，希望用资源换技术的模式，寻求与国外这类合金制造企业的合作。成都航宇超合金技术有限公司董事长 张政：每一家都希望跟我们签长协价，我们只要生产出来他们就要，但是因为这项技术，所有掌握这个单晶技术的国家的企业，都受制于美国的一个法律，是不得参与技术合作的。

美国是最大的铼金属消费国，控制着全球销售市场，一直处于垄断地位。由于铼可以广泛应用于喷气式发动机和火箭发动机，全球约80%的铼用于生产航空发动机，其在军事战略上有重要意义。为了维持在航空工业的优势地位，美国和其它一些西方国家常年针对中国进行材料和技术封锁。英国的航空发动机巨头罗尔斯罗伊斯虽然在中国投资建厂，但是对中国员工层层设防，既便当时已经在公司工作了七年的宋阳，也从来没有机会接触其核心技术。

成都航宇超合金技术有限公司副总经理宋阳：它有一些区域是限制中国人进入的，他们不希望这样的一些技术机密，被中国所了解和掌握。我相信这不光是对于我个人，对于很多在外企航空企业工作的中国人，可能都会经历这样的一个比较尴尬的一个时刻。越是封锁，就越说明航空发动机的战略重要性，就越需要突破。当宋阳在上海立下这一志愿的时候，远在千里之外的西安，矿业公司董事长张政也拍板做了一个重要的决定：自己生产用于航空发动机的单晶涡轮叶片。

成都航宇超合金技术有限公司董事长张政：自己想办法去解决这个技术，因为我不想只作为一个元素的供应商，而且这样稀有的一个元素，我们把它供应给海外的这些企业，而对中国毫无帮助。

2015年7月22日，成都航宇第一批产品出炉，合格率一鸣惊人。2016年，国际权威第三方检测机构出具的检测报告表明，成都航宇超合金技术有限公司送检的单晶叶片在高温拉伸性能、高温持久性能等方面的测试结果均符合欧美标准。成都航宇也成为国内首家单晶叶片成品率达到量产水准的企业。

宋阳：中国这么多年的经验，凡是国外对中国进行封锁的，靠我们自己的自力更生艰苦奋斗，我们都能够在这个领域取得突破。单晶叶片投产的时间不过短短一年，一些生产细节还在不断改进。每一片不合格的叶片都是一份保贵的样本，能为工艺细节的改进提供有价值的参考。根据电子显微镜分析的结果，宋阳打算在重新生产这批叶片时，更换浇铸环节所使用的坩埚。

工艺改进后，再通过层层工序，制造出一批这样的单晶叶片需要一个半月的时间。因为航空工业的特殊性，比生产周期更为漫长的，则是打开市场所需要的时间。