【簡介：】錸于1925年在德國被發(fā)現(xiàn)，是最后一種被發(fā)現(xiàn)的天然元素，錸是地球上最稀有的金屬之一。它在自然界中不會(huì)以化合物的形式出現(xiàn)。然而，它廣泛分布在地殼各處，達(dá)到百萬分之0.001的程度

錸于1925年在德國被發(fā)現(xiàn)，是最后一種被發(fā)現(xiàn)的天然元素，錸是地球上最稀有的金屬之一。它在自然界中不會(huì)以化合物的形式出現(xiàn)。然而，它廣泛分布在地殼各處，達(dá)到百萬分之0.001的程度。錸不是游離的未化合金屬，也沒有發(fā)現(xiàn)可開采的礦石。氧化釓和輝鉬礦中可能含有少量錸，錸是通過鉬冶煉廠的煙塵提取出來的。世界年產(chǎn)量約為5噸，錸的估計(jì)儲量為3500噸，主要分布在美國、俄羅斯和智利。

提煉和加工工藝復(fù)雜，造成錸成本非常高，直到1950年初鎢錸和鉬錸合金被制備出來后，這些合金才在工業(yè)上得到重要的應(yīng)用，這導(dǎo)致了對從斑巖銅礦中輝鉬礦部分生產(chǎn)錸的巨大需求。錸的重要用途是鉑錸催化劑，主要用于生產(chǎn)無鉛高辛烷值汽油和用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件的耐高溫合金。 錸是熔點(diǎn)很高的金屬，鎢是唯一熔點(diǎn)高于錸的金屬元素。

錸被用作鎢和鉬基合金的添加劑，這些合金用于爐絲和x光機(jī)。錸還被用作電接觸材料，因?yàn)樗辛己玫目鼓p和抗電弧腐蝕性能。 錸與鉑合金用于催化高辛烷值烴石油生產(chǎn)無鉛汽油。 錸鎢合金的其他應(yīng)用是x光管和旋轉(zhuǎn)x光陽極。錸鉬合金是10K溫度下的超導(dǎo)體。錸偶爾被用來電鍍珠寶。 錸催化劑具有優(yōu)良的耐失活性能，用于精細(xì)化學(xué)品的氫化。錸鎳合金制造單晶渦輪葉片， 錸由于耐高溫和耐腐蝕性能被用作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片用高溫合金的重要成分，這是錸當(dāng)今的主要用途。錸是高溫下使用的理想金屬，這使得它也適用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

雖然鎢的熔點(diǎn)最高，但它非常重。超重在飛機(jī)設(shè)計(jì)中是有害的。 一些需要最耐熱的零件，如渦輪葉片，承受的旋轉(zhuǎn)離心力直接隨零件質(zhì)量增加而增加。因此，鎢等高質(zhì)量材料會(huì)增加零件必須承受的力，每片葉片承受以噸為單位力量的考驗(yàn)。鎢也很脆，如果渦輪葉片出現(xiàn)故障產(chǎn)生碎片，結(jié)果很嚴(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部相當(dāng)于挨了幾發(fā)穿甲彈。

飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

大多數(shù)關(guān)鍵耐熱用途不需要高熔點(diǎn)金屬，這使得其他材料更適合。 鎢可以用于壓載或配重應(yīng)用，但是鉛在這里也很好還便宜。在對熱敏感的超音速飛機(jī)上，鎢可能是合適選擇，因?yàn)殂U的熔點(diǎn)非常低，只有327.5℃。在速度最快的超音速飛機(jī)比如黑鳥偵察機(jī)上，機(jī)頭和機(jī)翼表面溫度可能達(dá)到200-500℃，因此鉛不適合這些應(yīng)用，鎢就派上用場了。

（1）航空零部件制造產(chǎn)業(yè)化發(fā)展：

鎢耐高溫比錸強(qiáng)得多，為什么發(fā)動(dòng)機(jī)葉片不用鎢，卻用稀有金屬錸？說起航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，那個(gè)工作環(huán)境一個(gè)惡劣，比如F22的御用發(fā)動(dòng)機(jī)F119渦前溫度是1703℃，這個(gè)高溫將融化我們常見的金屬，因此大家首先就想到了熔點(diǎn)奇高的金屬鎢，它的熔點(diǎn)高達(dá)3422 ℃，對付1703 ℃綽綽有余，但從來都聽說過發(fā)動(dòng)機(jī)葉片中使用了鎢合金，為什么會(huì)這樣？

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件到底有多惡劣？現(xiàn)代飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)種類繁多，比如活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)（運(yùn)動(dòng)飛機(jī)）、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)（直升機(jī)），渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（戰(zhàn)斗機(jī)），渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)（不帶加力，無人機(jī)和轟炸機(jī)以及客機(jī)等）！

每種發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件與狀態(tài)都不一樣，本文就著重討論渦噴和渦扇，因?yàn)檫@兩種發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)類似，工作條件也類似，但前途卻大相徑庭的發(fā)動(dòng)機(jī)！

發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和其他類型的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有些不一樣，乘坐過客機(jī)的朋友能發(fā)現(xiàn)，從發(fā)動(dòng)機(jī)前部向后張望，能看到后面的景物，當(dāng)然這并不是說噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)前后是貫通的，我們看到的只是從外涵道葉片縫隙看到的后半部分！

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)一般外涵道和內(nèi)涵道兩部分組成，外涵道就是一個(gè)大風(fēng)扇和整流葉片構(gòu)成，說的簡單點(diǎn)就是一個(gè)轉(zhuǎn)速超級快、葉片很多的大風(fēng)扇！

而整臺發(fā)動(dòng)機(jī)的核心結(jié)構(gòu)則是內(nèi)涵道，從前到后有低壓壓氣機(jī)，、高壓壓氣機(jī)以及高壓渦輪和低壓渦輪等結(jié)構(gòu)組成，從前到壓力和溫度都是逐漸上升的，到燃燒室和高壓渦輪部分，高溫和高壓達(dá)到最高，最后在低壓渦輪膨脹最后做工后從發(fā)動(dòng)機(jī)后方噴出！

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的差異是沒有外涵道，而戰(zhàn)斗機(jī)的渦噴和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)差別則還有一個(gè)加力燃燒室，客機(jī)和無人機(jī)則不需要加力燃燒室！

沒有外涵道的渦噴

發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的耐溫要求

從發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)來看，我們可以很清楚的知道發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片從前到后的溫度是不一樣的，對耐溫要求最低的是外涵道的風(fēng)扇葉片，那個(gè)幾乎沒有高溫要求，高強(qiáng)度碳纖維葉片都能滿足要求，比如波音787的羅羅（羅爾斯羅伊斯）GEnx渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，這是三轉(zhuǎn)子高涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，它有一個(gè)直徑2.7米的外涵道風(fēng)扇直徑！

它的外涵道風(fēng)扇就是復(fù)合材料，因?yàn)閺?fù)合材料葉片生產(chǎn)比金屬材料更方便，重量也更輕，比如GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道風(fēng)扇葉片為18片，每片能減輕1千克，減重效果也不小！當(dāng)然這個(gè)位置的葉片沒有高溫要求，也就是一個(gè)超級大電扇的工作環(huán)境

高溫開始則是在低壓壓氣機(jī)，大家都知道隨著壓力增加，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，比如波音787的另一款引擎瑞達(dá)1000（羅羅公司出品）的總壓比52:1，升溫非常可觀！但在高壓渦輪前還有一個(gè)燃燒室，這里才是真正惡劣的環(huán)境，比如F22御用發(fā)動(dòng)機(jī)的渦前溫度為1703℃（客機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦前溫度沒有那么高），絕大部分金屬在這里就傻眼了！

發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的為什么不用超級耐高溫的金屬鎢？在發(fā)動(dòng)機(jī)使用的金屬材料中，我們從來都只聽過來金屬錸，卻很少聽說過金屬鎢，但錸的熔點(diǎn)只有3180℃，遠(yuǎn)低于鎢的3422℃，為什么寧可用不耐高溫的錸卻不用更高熔點(diǎn)的鎢呢？

鎢

除了耐高溫外，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片還有什么要求？

除了高溫外，首先就是發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的超高轉(zhuǎn)速，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)1.5-1.5萬轉(zhuǎn)/分，渦軸的轉(zhuǎn)速則更高，所以這些葉片受到的離心力是非常強(qiáng)的，另外很多渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)裝配對象是軍用飛機(jī)，這些飛行器有一個(gè)機(jī)動(dòng)性要求，過載能達(dá)到10G以上！

錸

有很多朋友可能認(rèn)為飛行員能承受的極限不超過9G，但這并不表示戰(zhàn)斗機(jī)只能飛9G，它只會(huì)比這個(gè)過載更高，首當(dāng)其沖的就是這個(gè)比陀螺轉(zhuǎn)的還快的發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇，這些葉片保持上萬轉(zhuǎn)速度時(shí)還能高過載使用！

最后發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和機(jī)匣之間的氣密密封，發(fā)動(dòng)機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)從前到后氣流除了葉片稍微阻擋外，就是“穿堂風(fēng)”，但發(fā)動(dòng)機(jī)一啟動(dòng)氣流只能從前到后，無法反著回來，這個(gè)關(guān)鍵就是葉片和機(jī)匣之間的間隙只有0.1mm，一旦渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)后，就構(gòu)成了一道空氣墻，從前到后經(jīng)過多級壓氣機(jī)，氣壓越來越高，最后送到燃燒室噴入燃油，點(diǎn)燃，再推動(dòng)高溫渦輪、低溫渦輪，為整機(jī)提供動(dòng)力！

在這些壓縮機(jī)葉片中，溫度越來越高，而發(fā)動(dòng)機(jī)葉片與機(jī)匣的間隙卻只可能小，不可能變得更大，那么很簡單，這些發(fā)動(dòng)機(jī)葉片一點(diǎn)點(diǎn)溫升變形，就會(huì)和機(jī)匣摩擦打火，發(fā)動(dòng)機(jī)就爆了！

當(dāng)然還有一個(gè)要求則是高溫下氧化以及抗蠕變性能，其中抗蠕變性能是材料在恒載下（外界載荷不變）的情況下，變形程度隨時(shí)間增加的現(xiàn)象，而鎢在高溫下的抗蠕變性能不及錸，不過有一點(diǎn)要提醒一下的是，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片從來都不是單質(zhì)金屬，而是高溫合金！

一般的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片都是單晶鎳基合金，屬于高溫合金。這種合金里含有鎢、鉬、釕、鉭、鈷、錸這些稀有金屬，加入金屬錸，會(huì)提升這些合金的高溫抗蠕變性能，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后很快就從環(huán)境溫度上升到1600-1800度，熄火后又從這個(gè)高溫冷卻到室溫，只有極少數(shù)合金才能對抗如此環(huán)境。

變態(tài)的散熱方式

盡管這些合金非常耐高溫，但為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和推重比，還是會(huì)不斷提高燃燒室的溫度，因此這會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)高溫渦輪葉片工作條件越來越惡劣，盡管距離融化還早，但發(fā)動(dòng)機(jī)葉片工作溫度惡化，它的各項(xiàng)性能降低是必然的！

當(dāng)然有兩種選擇，一種是使用更耐高溫的合金，另一種就是用技術(shù)來給發(fā)動(dòng)機(jī)葉片散熱，即使更高的渦前溫度，也能讓葉片工作在合適的溫度范圍內(nèi)，一般就會(huì)利用氣膜冷卻孔來輔助散熱，而葉片本來就已經(jīng)是空心，在上面開孔難度很大，早期用納秒或者電火花、電液束加工技術(shù)，但現(xiàn)在都是用飛秒激光來加工！

氣膜冷卻的渦輪葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)難度，甚至比火箭發(fā)動(dòng)機(jī)更難！你看全世界造火箭的一大堆，但真正能生產(chǎn)高性能渦輪渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的國家屈指可數(shù)！