钛铝合金助人类“冲上云霄”

　　【铝博士网】日前，南京理工大学陈光教授团队，在国家973计划的资助下，经长期研究，在新型航空航天材料钛铝合金方面取得跨越性突破。其室温拉伸塑性、屈服强度、高温抗蠕变性能、承温能力等关键性能指标处于国际领先，超过美国同类材料1～2个数量级。这个振奋人心的消息也引起业界对于钛铝合金的关注。那么，钛铝合金到底有何优势，能够帮助人类“冲上云霄”甚至冲破天际呢？

　　什么是钛铝合金？

　　钛铝合金是一种银白色的金属，具有相当多的优良性能。钛的密度为4.54g/cm3，比钢轻43%，但机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。

　　钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。

　　钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。

　　钛铝合金，其密度远小于高温合金，而室温和高温比强度（强度/密度）却更好，室温韧性也比陶瓷材料好。因而适用于制造航空航天用机体的结构材料、发动机部件或汽车用发动机部件等。并有希望大幅度地轻量化和改善其性能，将作为下一世纪的轻量化耐热材料而受到人们的关注。

　　钛铝合金的开发最有希望的领域仍然是航空航天有关领域

　　首先，对于飞机高速化和低燃料费的要求，对机体及各部件的轻量化以及提高耐热性均是重中之重，也是最直接的实现方式。观察发现，当飞机速度达到2马赫（2倍音速）时，飞机机体温度就可达到300摄氏度。另外，随着飞机用燃气涡轮发动机的效率提高，最近研发的发动机温度年年提高，V2500等最新型的发动机涡轮入口温度已经超过摄氏1400度。虽然现有的机身材料尚能满足当前需求。但如果有一种耐热性更强，质量更轻的复合材料出现的话，没有任何厂商能够抵受得住这种技术的诱惑。

　　其次，通过对各国开发的航天飞机和超音速运输机来看，这种飞机与以往研制的飞机不同点主要在于机体的使用温度会达到1800度左右，对于这些材料，要求其强度、耐用性、抗氧化性等无论在任何恶劣条件下都能保持稳定。随着对耐热材料研究的逐渐深入，钛铝合金复合材料正逐渐捕捉科学家的眼球。

　　2007年，美国波音公司最新研发的大型客机787试飞成功。这种新型飞机比老款飞机节油20%，氮化物排放量减少80%，噪音显著降低，从而引发全球关注。据悉，波音787的发动机由美国通用电气公司（GE）提供，采用4822钛铝合金代替镍基高温合金，制造出用于最后两级环境温度和危险系数最低的低压涡轮叶片上。这是钛铝合金首次应用在航空发动机上。GE公司通过此举动，在以克为减重单位的飞机发动机上，令人震惊地使单台发动机减重200磅，轰动航空界。

波音787客机

波音787采用的GE发动机首次使用了钛铝合金部件

　　航空发动机被誉为飞机的心脏，其中，涡轮叶片是航空发动机中最关键的核心部件，因而也决定了制造它的材料必须能在高温等恶劣的工作条件下正常工作。传统的镍基合金虽然各方面性能都不错，但是其太过笨重，与飞机发动机轻量化的理念背道而驰。而此次研发的钛铝合金使用温度可达900度以上，已经可以和镍基合金“掰手腕”了，此次南京理工大学陈光教授带领的团队在材料性能上实现了三大突破。1.室温拉伸塑性和屈服强度大大提升。2.抗蠕变性能优异。3.承温能力大大提高。而这三种性能的提升在航空航天领域中无疑是一种“作弊”，仿佛这种材料就是为航空航天而生的。预计在5-10年之后，此种新型钛铝合金便能实现应用。