航空發動機是“航空工業皇冠上的明珠”，也是一直以來中國航空工業的最主要短板之一，2020年，美國為了扼殺中國的科學技術進步和產業升級，發起了氣勢洶洶的“貿易戰”和“制裁戰”，其中一度傳出消息要通過掐斷進口LEAP-X渦扇發動機的供應，來扼殺國產C919大飛機項目。然而，中國人民是嚇不到、壓不垮的，2021年新年伊始，航空發動機材料研製領域傳來捷報，據央視報道，中國科學院研發的鈦合金渦輪葉片取得成功，目前已經通過振動疲勞考核，取得理想效果，下一步將裝機長江發動機CJ1000A考核。這不但是國產航空發動機關鍵核心材料的一次重大創新突破，為航發進口替代的目標創造有利的條件，也為是我們面對美國的封鎖和制裁，給出的響亮答案！
航空發動機，最難是葉片
航空發動機從原理上講其實並不特別複雜，空氣經過風扇進入後，經過壓氣機壓縮，再經過燃燒室和燃料混合燃燒膨脹，然後經過尾噴排出做功，通過牛頓第三定律，產生巨大的推力。然而由於工況惡劣、熱端燃燒工作溫度高、同時還要承受極其嚴酷的力學考驗，給航空發動機的材料水平帶來了極高的要求和考驗。可以說，航空發動機最難的是材料，特別是葉片材料。
我們經常講渦輪前燃溫度，這是衡量發動機性能好壞的一項關鍵指標，世界上最先進的航空發動機F119，渦輪前燃溫度達到了驚人的1960K（開爾文）。而渦輪前燃溫度里指的“渦輪”，其實就是航空發動機核心機中最重要的“高壓壓氣機渦輪葉片（簡稱高壓渦輪葉片）”，它也是整個發動機中工作最惡劣，技術要求最高的熱端組件之一。
高壓渦輪葉片工作溫度那麼高，已經大大超過了一般金屬所能承受的物理極限，怎麼解決？一方面需要採用散熱技術，另一方面就要尋找能夠承受極高溫度的高溫合金材料。
目前主流的航空發動機，譬如中國的“太行”發動機，使用的是鎳基高溫合金，這種稀有金屬材料摻混進合金中，雖然使得航空發動機的葉片耐熱能力顯著增強，但另一方面也顯著推高了航空發動機材料的造價，另一方面，稀有金屬材料的產能供應有限，戰時大規模生產可能受到很大限制，不是長久之計。
鈦鋁合金，老材料、新創新、大用途
為了解決鎳基高溫合金價格昂貴等難題，中科院金屬所的科研人員們瞄準了一種物美價廉的替代材料——鈦鋁合金材料。實際上，鈦鋁合金材料在航空發動機領域並不是新鮮產物，很早它就被航空發動機專家們用於發動機零部件的製造，用它來替代高價高溫合金作“熱端部件”，也不是沒有嘗試過。鈦鋁合金相對於鎳基高溫合金，首先是物理性能上有一定優勢，它的比強度、比剛度和比彈性模量都很高，用通俗點的話說就是它既結實又輕，航空發動機壓氣機轉子部件用了它，不僅能夠滿足嚴苛的力學性能要求，而且還能進一步降低發動機的重量，提高其推重比，進一步提升發動機性能。
然而，此前的鈦鋁合金材料，溫度都做不到太高，譬如Ti-6Al-4V型鈦合合金，工作溫度達到350℃，Ti6242牌號鈦鋁合金的工作溫度達到500℃，而用於航發的第一代粉末高溫合金早在上世紀70年代工作溫度就達到了650℃，目前主流的第三代粉末高溫合金，其工作溫度最高已經達到800℃。這是此前鈦鋁合金材料所達不到的。
為了解決這一難題，一方面，要通過新的冶金技術，發現新的配方，進一步提高鈦鋁合金材料的耐熱性能，另一方面，則通過創新性的給鈦鋁合金材料通過複雜的表面反應，形成耐高溫高性能塗層的辦法，來解決耐熱難題。
中國科學院金屬研究所鈦合金項目團隊，用10年的時間，解決了鈦鋁合金應用於熱端高壓渦輪葉片部件的難題。根據報道，這次中科院金屬研究所研製的鈦鋁合金的發動機葉片，將首次用於國內的C919大飛機的配套發動機CJ1000，將實現發動機的渦輪盤和渦輪葉片大幅度減重，大大提高發動機的效率。而在此之前C919使用的是由美國通用電氣和法國賽峰合資成立的CFM研發的LEAP-X1C發動機。CJ1000，既是進口發動機的備用備選方案，同時也是必要時候我們完成進口替代、不被別人卡脖子的“撒手鐧”武器。
目前，鈦鋁合金葉片項目已經落戶江蘇太倉高新區，鈦鋁合金葉片的生產已經有序展開，並且鈦鋁合金葉片已經通過了震動疲勞考核，下一步就是裝機CJ1000A考核。
據中科院鈦合金項目研究員楊銳介紹：目前長江發動機方面，CJ1000A進展非常快，CJ2000也正在加緊攻關，我們希望儘快把CJ1000A和CJ2000發動機做出了，來由我們自己的發動機配套我們的大飛機。
而從經驗上來講，實際上中科院金屬所早在2018年就已經有相關報道稱其向英國羅爾斯羅伊斯公司供應一體化成型技術生產的鈦鋁合金葉片，應用在空客A350的遄達XWB發動機上，這些葉片應該並不是指高壓渦輪葉片，但足以證明在研製生產鈦鋁合金葉片方面，有着豐富而成熟的工程技術經驗，這是高溫鈦鋁合金葉片在工程上取得成功的另一個“砝碼”和保證。
結語
千里之行始於足下，航空發動機雖然難，但並非人力不能攻克。美國人能夠做到，我們中國人一樣能做到。只要千千萬萬的航發人，遵循科研規律，從基礎做起，從材料出發，從每一處技術細節着眼，善於做“水磨工夫”，久久為功，那麼就一定會“有志者事竟成”，一定能夠摘取這顆“航空工業皇冠上璀璨的明珠”。
