科技日报记者 付丽丽
近日，中国科学院金属研究所周亦胄研究员团队在高代次单晶高温合金领域取得系列原创性技术进展，攻克材料强度稳定性协同调控、超纯净化冶炼、高精度叶片精密铸造等关键技术难题。团队自主研发的多款高稳定性高代次单晶高温合金，已在多型新型发动机中通过装机考核，标志着我国高端动力装备材料与叶片核心制造技术自主可控水平迈上新台阶。
航空发动机与燃气轮机是现代工业“皇冠”，涡轮叶片是“皇冠上的明珠”。单晶高温合金是涡轮叶片核心基础材料，直接决定装备推重比、服役温度和使用寿命。新一代航空动力涡轮前进口温度突破2200K，远超传统单晶合金耐受极限。长期以来，高代次单晶合金依靠添加钨、钼、铼等难熔金属提升承温性能，易诱发有害拓扑密排相（TCP相），造成高温组织失稳、强度衰减，成为行业共性瓶颈。
周亦胄、王新广研究员摒弃传统元素叠加改良思路，提出基于层错能调控的位错协同强化新机制，通过精准引入扩展位错及位错锁结构、优化铝钽原子配比，抑制有害TCP相形核生长，从机理层面破解高代次合金高温组织失稳难题。系列高代次镍基单晶高温合金综合性能对标国际同代先进水平，已完成装备适配验证，并在国内重点预研装备中应用。
在工程化方面，团队探明杂质元素在TCP相处偏聚机理，自主研发超纯净化冶炼成套工艺，将合金硫含量稳定控制在1ppm以下。盛乃成研究员等建立杂质—合金化元素交互作用设计方法，在无须添加稀缺贵金属钌的前提下，使国产单晶高温合金组织稳定性达到高端含钌单晶高温合金水准，降低材料成本与稀贵金属资源制约。孟杰正高工等研发型壳微结构调控、型芯表面改性等技术，解决高代次单晶叶片成型缺陷，提升叶片尺寸精度、表面质量和组织一致性，打通从冶炼到精密叶片成型的全链条自主制造工艺。
团队还深度融合人工智能，依托国产人工智能大模型，整合数十年高温合金试验及公开数据、物理机理模型和工程实践经验，搭建高温合金智能设计系统，促进复杂合金体系正向创新设计与逆向成分精准优化，压缩研发周期、降低试错成本。
目前，该系列技术已获国家授权发明专利20余项，发表SCI论文百余篇，近五年相关高稳定性单晶合金及叶片制造技术创造产值超亿元。
（受访单位供图）
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