渦輪葉片材料一般為高溫合金,就由于精鑄設備方式造成的金屬金相差異,可分為單晶葉片,定向結晶葉片和普通葉片。
而高壓渦輪葉片由于所處溫度最高,內部冷卻結構復雜,精鑄設備難度本身就非常大,國外先進公司早已經擁有非常成熟的工藝,把這種復雜的結構鑄造為單晶葉片(一個葉片就是一粒晶體,內部沒有任何晶界,耐高溫,力學性能好)。
國內的渦輪葉片技術水平不是非常了解,但應該差距主要在精鑄設備工藝上。(可能)無法鑄造出完美復雜結構的單晶葉片,這樣渦輪前溫度只能大大受限,從而限制了發動機性能和效率的提高。而即使達到相同的渦輪前溫度,有缺陷的或者冷卻不充分的渦輪葉片壽命會大打折扣。
渦輪葉片內部的流通結構由蠟模精鑄,冷卻孔通過激光或者EDM加工。
除此以外,目前新的發動機渦輪葉片上有先進的陶瓷涂層,可以進一步提高渦輪前溫度,不清楚國內是否掌握該技術。
材料方面完全沒有問題,在各種力學性能中,我們的試樣已經超過外國同行了,原因一方面是技術進步,雜質元素降低,另一方面,成分優化也能提高強度。我們的工藝也不落后,在雀斑等缺陷的控制上也超越了外國同行。單晶葉片制備中,高水平的論文基本上也是國內在搞了。
但是材料還不能最終決定航空發動機性能,目前國內在發動機控制系統上還差得遠,一方面是技術積累不夠,另一方面是能做出成績的都跑國外去了。在葉片上,除了各種性能參數外,還有一個重要的問題是蠕變,在高溫高應力下,葉片會變長,這是國內一個無法解決的問題。航空發動機在一萬到三萬轉每分鐘的情況下運行,動平衡是需要很高精度的。國內目前的問題是,每個葉片進入蠕變各階段的先后順序不一致,蠕變速度也不一致,這就導致葉片還都不到壽命,結果發動機震動過于劇烈無法使用了。目前反觀進口的發電用燃氣輪機葉片,許多葉片都是帶有雀斑之類缺陷的,卻能保證在設計時間內完美運行,目前小編猜測,可能缺陷也是國外的一種控制方式。當然,這個問題的解決方法國外對我們保密。