涡轮叶片材料一般为高温合金,就由于精铸设备方式造成的金属金相差异,可分为单晶叶片,定向结晶叶片和普通叶片。
而高压涡轮叶片由于所处温度最高,内部冷却结构复杂,精铸设备难度本身就非常大,国外先进公司早已经拥有非常成熟的工艺,把这种复杂的结构铸造为单晶叶片(一个叶片就是一粒晶体,内部没有任何晶界,耐高温,力学性能好)。
国内的涡轮叶片技术水平不是非常了解,但应该差距主要在精铸设备工艺上。(可能)无法铸造出完美复杂结构的单晶叶片,这样涡轮前温度只能大大受限,从而限制了发动机性能和效率的提高。而即使达到相同的涡轮前温度,有缺陷的或者冷却不充分的涡轮叶片寿命会大打折扣。
涡轮叶片内部的流通结构由蜡模精铸,冷却孔通过激光或者EDM加工。
除此以外,目前新的发动机涡轮叶片上有先进的陶瓷涂层,可以进一步提高涡轮前温度,不清楚国内是否掌握该技术。
材料方面完全没有问题,在各种力学性能中,我们的试样已经超过外国同行了,原因一方面是技术进步,杂质元素降低,另一方面,成分优化也能提高强度。我们的工艺也不落后,在雀斑等缺陷的控制上也超越了外国同行。单晶叶片制备中,高水平的论文基本上也是国内在搞了。
但是材料还不能最终决定航空发动机性能,目前国内在发动机控制系统上还差得远,一方面是技术积累不够,另一方面是能做出成绩的都跑国外去了。在叶片上,除了各种性能参数外,还有一个重要的问题是蠕变,在高温高应力下,叶片会变长,这是国内一个无法解决的问题。航空发动机在一万到三万转每分钟的情况下运行,动平衡是需要很高精度的。国内目前的问题是,每个叶片进入蠕变各阶段的先后顺序不一致,蠕变速度也不一致,这就导致叶片还都不到寿命,结果发动机震动过于剧烈无法使用了。目前反观进口的发电用燃气轮机叶片,许多叶片都是带有雀斑之类缺陷的,却能保证在设计时间内完美运行,目前小编猜测,可能缺陷也是国外的一种控制方式。当然,这个问题的解决方法国外对我们保密。