现代制造业“动力之源”燃气轮机的核心部件 国产高温合金叶片制造技术接近国际水平

    燃气轮机是现代制造业的“动力之源”，其中的涡轮高温叶片则是燃气轮机的核心部件之一。昨天，市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”在上海大学通过专家验收，这也标志着该领域的国产技术已接近国际最好水平。 
    燃气轮机是大型客机、特种船舶和民用发电等领域的主要动力源之一，现代燃气轮机的热效率已达到42%以上，是最高效的动力设备之一。其中的核心部件涡轮高温合金叶片，是制约我国燃气轮机发展的主要瓶颈。国外对此严格保密，客观上使我国的大飞机、地面燃机等重大工程均受制于人。为解决上述问题并推动上海市高端制造业的创新发展，2008年上海市科委设立重大研究专项课题，针对当前国际上最先进的F级256MW重型燃气轮机涡轮高温叶片开展技术研究和攻关，由上海大学为主承担。 
    涡轮叶片的制造原理，是将镍基金属溶液浇铸在模具中，再进行冷却结晶，过程类似于冬天水汽在玻璃窗上遇冷结晶形成“冰花”。涡轮叶片能否耐受高温、是否有足够的强度，和结晶过程中的温度以及晶体形成的数量、甚至方向都有关系。一般来说，晶粒数越少，叶片的耐高温性越好，也越能胜任发电机燃气轮机等高功率设备用途。目前行业内最难的技术，是让整个叶片成为一个晶粒，即“单晶”技术。此外，如果让晶粒有序地向一个方向排列，也能提高叶片强度，避免断裂，此类技术为“定向”技术。 
    通过四年的努力，课题组在上述两种技术路径上均有突破，还形成了自己独特的工艺路线。例如，通过施加磁场控制，避免金属溶液在结晶过程中无序流动，使成品的材料密度更加均匀；通过设置叶片不同位置的温度梯度，控制晶体生长速度等。目前，课题组已经为微型燃气轮机试生产了三台份（套）高温涡轮叶片，用于试机和试车。同时还为国内精铸企业试生产了燃气轮机高温涡轮动力叶片、导向叶片和矢量喷口导向叶等关键部件。 
    该项目的成功，不仅有助于我国在燃气轮机关键部件方面突破国外封锁，对于国内发电厂来说也是重大利好消息。以重型燃机的一级涡轮为例，一共有96片高温合金叶片，如果采用国外厂商的产品，一片叶片的制造成本在40万元左右，市场售价达100万元；但如果采用国产叶片，制造成本只有10万元左右。课题组负责人、上海大学材料与工程学院教授任忠鸣表示，接下来将继续稳定相关技术工艺，使其满足工程要求，尽快和企业合作实现产业化。