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中国企业打破美国垄断 造出航空发动机核心部件 反腐倡廉警示教育读本 先结婚后恋爱小说 安庆一中怎么样 腾讯游戏发布会 西门子电动执行器 罐头宝贝动画片 世界杯重播时间 2012年6月7日 cz3254航班 历史上的陆贞 网易蜗牛读书入选App Store4月最佳App

来源:bldpq.cn 晋州晚报
2019-12-2

  轰动世界!中国企业打破美国垄断!造出航空发动机核心部件!

  这两天随着十九大的胜利召开一些振奋人心的新名词被大家热议着。未来的中国将要建设成为科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国而广大科技人员也奋力走在实现这些宏伟目标的路上。

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  今天的节目我们要注意一种叫做铼的金属。这种金属很稀缺每年全世界的产量仅仅只有40多吨它非常昂贵价格与白金的价格相仿。它之所以价值连城还因为它在航空与国防制造业中能发挥非常重要作用。

  不断打破国外垄断 中国航空发动机关键零件国际领先

  在河北廊坊科技园一款为无人机与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与可靠性及寿命等综合指标。

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  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。

  十三五期间我国启动了航空发动机与燃气轮机重大专项航空工业持续发力不断缩小与国际一流发动机生产企业的差距。

  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、寿命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、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。

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  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确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与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汽车温度大概在1720多度。

  在1700度的高温之下普通金属是不够耐热的。生产单晶叶片就一定离不开一种宝贵的稀有金属-铼。

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  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。根据美国地质检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、俄罗斯与哈萨克斯坦。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。

  成都航宇超合金技术有限公司董事长张政:我们原来最初的想法是把铼生产出来。交给国内的用户。我们每年增加我们的收益对上市公司就是一个很好的帮助。

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  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。因为铼可以广泛应用于喷气式发动机与火箭发动机全球约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与其它一些西方国家常年针对中国进行材料与技术封锁。

  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或者是技术信息被中国所了解与掌握。

  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。矿业公司董事长张政拍板做了一个重要的确定:自我生产用于航空发动机的单晶涡轮叶片。

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  2012年7月国务院印发〖“十二五”国家战略性新兴产业发展规划〗将航空装备产业列为高端装备制造产业中的第一个项目明确提出要突破航空发动机核心关键技术加快推进航空发动机产业化。国家层面大力倡导然而生产设备的采购却面临着巨大的困难——国外巨头再次相对中国进行技术封锁生产设备中的关键环节——热处理炉因为西方国家的封锁卡了壳。

  几大航空发动机生产公司所使用的都是航空工业专用的一级热处理炉。但是因为西方国家的严密封锁能够生产这类设备的厂商根本无法将设备销售给中国的企业而国内的企业也只能生产二级炉。

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  宋阳:二级炉就是温度差正负5度从正负3到正负5度这一点点的差距设备的结构热处理之后的效果差距是非常明显的。

  时间不等人专家组另辟蹊径尝试用电子行业的一级热处理炉来替代传统的航空工业一级热处理炉。这种跨行业的混搭在航空发动机的生产领域是一个前所未有的大胆尝试成功与否谁都没有把握幸运的是这个炉子比原来想象的正负3度的偏差更低它正负只偏差了2.1度这几乎是比一级炉还要精密。

  解决好了热处理炉的问题但他们紧绷的神经依然没有丝毫放松。因为整条生产线依然还差一台单晶浇铸环节最重要的设备—单晶炉。几经辗转他们又找到英国一家单晶炉的供应商提出了定制化要求。

  宋阳:刚开始的时候它对于一个中国的厂商能够生产单晶叶片他们更多是想卖一台设备到中国来但是并没有想帮助我们把这件事给做成。

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  2015年7月22日成都航宇第一批产品出炉合格率一鸣惊人。这家专业的单晶炉制造商不由得对这位行业新入者另眼相看。

  成都航宇超合金技术有限公司董事长张政:这个成品率高到这个炉子的生产商都很高兴他专门飞过来跟我们庆祝了一次他做了几十年的这个专业设备实验性开炉的第一炉产品做到全球最高的成品率。

  成都航宇超合金技术有限公司副总经理宋阳:我觉得中国这么多年的这个经验凡是国外对中国进行封锁的靠着我们自我的自力更生艰苦奋斗我们都能够在这个领域取得突破。

  0.5公斤零件撑起400公斤重量 中国航天器试水3D打印

  为了突破西方对于中国的核心技术封锁中国的企业家、科学家大胆实践、勇于创新不仅是造出了被西方国家垄断的铼金属核心部件还创造出了新的金属制造方式。

  2017年9月20日世界顶尖的金属3D打印设备制造商德国斯棱曼公司与一家中国公司签下了合作协议与一家中国公司成立联合应用研发中心将展开针对中国市场的应用研发。

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  金属材料的3D打印技术门槛高难度大附加值高金属3D打印的产值也占到了整个3D打印行业的80%以上。在金属3D打印方面西方国家的技术也长期领先于中国。而如今金属3D打印正在越来越多地出现在中国制造的高端装备上这让世界领先的企业也注意到了中国企业在这个方面取得的创新与成就。

  中国航天科技集团五院的展厅浓缩了中国空间飞行器研制的主要成果这些航天器对于减少重量的要求可谓是严苛之极因为每增加一克的重量就会给发射带来很高的成本并且会加大航天项目的复杂性甚至直接影响到整个方案的可行性。为了减轻每一克的重量研究人员从材料与结构上想了任何可能的办法。

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  中国航天科技集团五院总体部增材制造技术项目经理张啸雨:这个就是我们目前工程上最轻的材料叫蜂窝夹层结构这种结构里面全部是蜂窝然后上下的面用的是碳纤维。这种碳纤维非常昂贵它的一公斤差不多要比那个同等重量的黄金还要贵一些。

  减轻重量是不懈的追求。碳纤维材料加之蜂窝状的结构这几乎已经达到了减重的极限但是工程技术人员对此还是不满意他们希望重量再降低一些。可是如何才能实现新的突破呢?

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  位于北京市昌平区的一间厂房正在生产着钛合金、铝合金、不锈钢等多种金属的零部件。但是与其它的冶金厂房不同在这里记者看不到金属锻造的大型设备也看不到很多的技术工人操作只看见一台台3D打印的机器在忙碌地工作着。

  这个金属打印技术叫激光选区熔化使用激光照射预先铺展好的金属粉末使其成形固定。

  经过两天时间制造过程终于接近尾声技术人员小心翼翼地将“打印机”中多余的粉末扫去一个结构非常复杂与精巧的钛金属立方体显现出来。

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  鑫精合激光科技发展有限公司副总经理孙峰:钛合金在我们冶金行业是一种非常难成形的一种材料牌号它的冶金工艺非常的复杂通过我们这次3D打印工艺把这么难做的一个钛合金通过我们3D打印工艺呈现出这样一个轻量化的结构来。

  在制造业中传统制造的方式是 “减材制造”它是利用已有的几何模型工件用工具将材料逐步切削、打磨、减少最终成为所需要的零件。而3D打印则恰恰相反它是根据一个数字三维文件在一个完全没有任何材料的平面上一点点逐层打印、添加材料最终形成一个三维整体这就是所谓的3D打印也被称为“增材制造”。

  这样一个边长20厘米左右的立方体假如用传统的金属铸造工艺制造重量至少要在5公斤以上而这个零件的重量却只有0.5公斤只有以前的十分之一大大减轻了重量却具备高强度。孙峰现场给我们做了一个演示。

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  将近100公斤的孙峰整个人站在这个立方体上都没有问题孙峰告诉我们它最大的承受力在300到400公斤那可能是800倍到1000倍的载荷。

  目前在我国很多飞机、船舶甚至航天器的重要零部件上都可以见到金属3D打印的身影。无论是飞机、船舶的发动机、零部件还是运载火箭、空间航天飞行器、无人机等航空航天设备金属3D打印部件正在悄悄地取代着传统制造的零件并给航空航天等高端制造提供了更多的可能。航天器上很多大大小小的零件都可以用这种结构来替代原有的较为笨重的金属。甚至一根头发丝就可以吊起来一个体积不小的卫星上的小零件。

  孙峰:它的轻量化效果非常的好整个零件它的减重达到了30%以上它给咱们整个火箭发射这一块成本节约了几百万甚至上千万人民币的一个效果。我们传统制造业来说制造一颗卫星它可能需要几个月甚至几年的时间通过我们3D打印工艺实现整个卫星的机构可能只需要十几天的时间一颗小的卫星可以打出来。

  3D打印作为一项前沿性的先进制造技术已经成为全球新一轮科技革命与产业革命的重要推动力。然而多数的设备与工艺尚不成熟还无法批量打出稳定、耐用、高性能的工业品来处在“模型制造”与实验阶段。但是这种情况正在发生变化我国的金属3D打印正在不断地向尖端制造靠拢。

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  在鑫精合的厂房里一个大型的钛合金航天器零件即将在这台由中国民营企业自主研发的大型金属3D打印机里诞生。

  与小型的精密的金属3D打印机的技术不同大型的打印机采取了另一种不同的技术方式——同轴送粉工艺。而中国在这项技术上已经走在了世界的先列。目前能用3D打印技术制造出达到锻造水平的金属部件的国家只有德国、美国、中国等少数几个。而鑫精合批量制造大型钛金属结构件的能力已经在国际领先。

  这种激光“打印”金属粉末的工艺使得金属材料冷却凝固速度极快组织细小力学性能优异也具备了像锻件一样的高强度。

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  直径4米的航天器部件拆分成6个2米左右的大零件3D打印并加工后再进行整体焊接。在过去这样巨大的金属件从开模具到锻造再到机械加工是个非常浩大的工程通常需要一年时间才能完成而用3D打印的方式仅需要3-6个月。

  张啸雨:可能我们最快的在明年或者是后年都会有发射的型号来去做这样的一个尝试。我们大概现在有60件到100件的产品已经是在完成了制造而且已经开始装星已经开始做整星级的力学实验。

  半小时观察:中国创新将给我们带来更多惊喜

  习近平总书记在十九大报告中指出:创新是引领发展的第一动力是建设现代化经济体系的战略支撑。我们要瞄准世界科技前沿强化基础研究实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。当前我国在创新能力建设方面持续发力迎来了收获果实的时节。中国科技整体能力正从以跟踪为主到跟踪与并跑、领跑并存的新阶段我们相信加速前行的中国创新将会给我们带来越来越多的惊喜。

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