科技日报记者 付丽丽
近日，中国科学院金属研究所研究员周亦胄、孙元领衔的科研团队在单晶高温合金钎焊连接领域取得系列原创性进展，攻克单晶叶片单晶化钎焊技术，构建起完全自主可控的单晶叶片成套钎焊技术体系，多款专用钎料已在多种型号发动机上验证，这标志着我国单晶叶片先进制造技术自主可控水平进一步提升。
涡轮叶片是航空发动机最核心的部件。全负荷运转时，叶片所处环境温度超过1000℃、每分钟高速旋转上万圈，唯有具备完整单晶结构的叶片才能承受这般极端工况。然而制造与损伤修复都离不开焊接，传统焊接会在焊缝处产生晶界、裂纹与孔洞，破坏单晶结构完整性。如何实现“单晶焊单晶”，让接头强度、耐热性与母材完全匹配，长期困扰行业。
周亦胄、孙元团队深耕单晶钎焊领域近二十年。研发初期，国内工艺空白、海外长期封锁，团队从零起步，扎根实验室日复一日观测焊缝微观组织，在“成分—工艺—组织—性能”的闭环试验中逐步摸清钎料设计逻辑，敲定专用钎料配方与整套焊接工艺的协同匹配；随着新一代含铼、钌高温合金问世，又不断适配攻关，紧跟国产航发材料迭代节奏。单晶钎焊的核心难点，在于焊缝微观结构的复刻。叶片耐高温性能源于γ相与γ′相的精准耦合，焊缝若无法复刻这一结构，高温下就会率先开裂。团队创新性地在钎料中引入促进γ′形成的元素，让焊缝沿母材晶格方向外延生长，实现晶体取向高度统一。其中硼元素是最难把控的“双刃剑”：既降熔点、保障充分熔融铺展，又易生成脆性硼化物。团队严格限定硼元素总添加量、创新引入高熔点难熔元素精准控硼，让脆性硼化物以细小颗粒形态均匀弥散，如同焊缝中的“加强筋”，显著提升接头承温上限与高温结构稳定性。孙元表示：“每一次钎料合金体系更新，都是重新认识元素作用的过程，对元素作用的科学认知不断积累，这份经验可以传承下去。”
试验数据是检验技术的硬标准。专用钎料适配第三代单晶高温合金后，在980℃高温、100兆帕载荷工况下，钎焊接头可稳定服役3000小时才发生断裂，相关持久性能指标超国标要求25倍。亮眼数据背后，是成百上千组试验样品、无数轮微观组织观测、数千小时高温持久试验的反复打磨。周亦胄说：“我们没有刻意追逐所谓‘世界第一’，只是踏踏实实把每一项技术指标做到极致，为国产先进航空发动机安全飞行筑牢技术根基。”
目前，该技术已全面适配第二代、第三代及第四代单晶高温合金，可满足常规间隙、大间隙等多场景钎焊需求，多项核心技术通过国军标（GJB）认证，打通了从实验室到工程批量应用的全链条，为国产航发单晶叶片的规模化制造与损伤修复提供关键材料与工艺支撑。面向未来，团队将持续聚焦新一代高温合金适配需求，优化钎料体系、升级钎焊工艺，不断突破单晶钎焊技术边界，以材料科技创新助力国产航空动力事业高质量发展。
（受访对象供图）
网友评论
