“一个单晶、空心的镍基高温合金叶片,巴掌大小,但是它的价值是多少呢?相当于是一辆高级轿车。”南京理工大学材料科学与工程学院教授陈光说。航空发动机是飞机的“心脏”,叶片则是“心脏”中最关键的核心部件。近日,凭借TiAl单晶技术的发明,陈光被江苏省政府授予“江苏省专利发明人奖”。

　　航空发动机叶片

　　被誉为皇冠上的明珠

　　航空发动机被誉为现代工业的皇冠,而叶片又被誉为皇冠上的明珠。

　　更轻、更耐高温,是研发航空材料的科学家们的极致追求。在更轻方面,美国GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下简称4822)合金替代原来的镍基高温合金制造了发动机最后两级低压涡轮叶片,使单台发动机减重约200磅,与之前同级别不用钛铝合金叶片的相比,节油20%。

　　4822也不完美。陈光教授解释说,它有两大不足。一是室温拉伸塑性低(<2%),必须开发相应的半脆性材料加工、制造以及发动机装配工艺路径和设计框架,增加了设计与制造成本,且不敢用于前部的压气机。如果能将TiAl合金室温拉伸塑性提高到3%以上,就可将其由只在最末两级低压涡轮叶片应用,扩大至前部的压气机叶片,同时可采用常规的设计安装方法,降低设计制造以及维护成本。二是高温强度不足,强度从约650℃开始下降,700℃/3000h组织开始分解,限制了其不能在更高的温度范围替代镍基高温合金。

　　陈光教授团队发明的TiAl单晶技术,攻克了TiAl合金室温脆性大和服役温度低两大难题,实现了强度、塑性和蠕变抗力的优异结合与跨越性提升,室温拉伸塑性由<2%提高到6.9%,强度开始下降温度由约650℃提高到950℃以上,900℃最小蠕变速率和持久寿命优于美国4822合金1~2个数量级,具有重大意义。

　　以身相许“从一而终”

　　把专业变成事业勇登攀

　　扬子晚报记者在采访中得知,1977年恢复高考时,15岁的陈光作为优秀在校高中生提前参加了高考。第一志愿高校工作人员专程到他就读的中学外调,但因政审材料迟迟没有收到,耽误了录取。春节后,陈光突然收到录取通知书,一看是第五志愿学校的“铸造工艺及设备”专业,没填报过。

　　“一直干的竟然是既没人愿意学、更没人愿意干的专业!你就没想换个喜欢的时髦专业?”“从来没有!”陈光说。他们那一代人干一行爱一行,以身相许,从一而终。陈光把专业变成了兴趣和事业,以凝固与相变为核心,在金属材料技术领域取得了丰硕成果。作为第一完成人荣获国家技术发明二等奖1项、教育部技术发明一等奖1项、江苏省科技一等奖2项、中国产学研合作创新成果奖1项……被评为江苏省先进科技工作者、有突出贡献中青年专家、留学回国先进个人等,荣获首届全国创新争先奖和第九届“发明创业奖人物奖”。扬子晚报/扬眼记者徐兢实习生曹春瑞