本帖最后由 hd_1000 于 2016-1-17 15:46 编辑
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# _( d7 v4 a' Z3 z4 q$ k& j; I以目前的技术而言，要实现燃气轮机效率最大化，必须提高温度。现代燃气轮机的热效率已达到42%以上，是最高效、最清洁的动力设备，然而要实现这样的热效率，燃气轮机的最高温度需要达到1500℃，普通材料到了这个温度，都已经融化了，所以科学家们希望能找到一种特别耐高温的材料
最初，科学家从自然界寻找耐高温的金属元素，镍就是其中之一，以镍为基础加上少量铜、铁、锡等元素形成的镍基合金能承受几百摄氏度的高温，想再提高温度，“天然”的找不到，只好“人造”了。 涡轮叶片的对比：  4 M# {: S) U h2 ^0 H8 H9 y
图一 传统铸造涡轮叶片  7 t N. O Z3 M! w5 t
图二 定向结晶涡轮叶片 
8 W2 |% \" a+ m9 X9 k3 ~图三 单晶涡轮叶片 singlecrystal blade,经过了3代发展。 第一代是：镍基高温合金 第二代是：定向晶界的多晶 第三代：正在研制的单晶  ; e4 d: q4 ]9 B- V8 K
晶体的世界，可能会颠覆你对生物与非生物的认识，因为有些特殊用途的晶体是“长出来的”。 耐1100℃的镍基合金单晶叶片，如何抵抗燃气轮机内最高1500℃的高温，这又是一场大战。发现，在均匀分布的叶片之下，有各种气孔，在高温下这些气孔能通过导入空气形成冷风，来有效降低叶片的表面温度。  : w! o% B8 F( h4 w6 L, U$ n
单晶叶片指，只有一个晶粒的铸造叶片。定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使全部晶界平行于应力轴方向，从而改善了合金的使用性能。单晶叶片消除了全部晶界，不必加入晶界强化元素，使合金的初熔温度相对升高，从而提高了合金的高温强度，并进一步改善了合金的综合性能。单晶叶片整个铸件由一个晶粒组成的铸造高温合金。这是继定向凝固铸造高温合金之后，进一步提高合金强度和使用温度的一条途径。单晶叶片铸件的理想组织是叶根、叶身和叶冠，都由毫无缺陷的多相单晶体组成。晶体取向应是〈001〉方向，并与叶片主应力轴方向之间的偏离不应大于10度。单晶铸件可以用与定向凝固相同的设备和工艺制备，与定向凝固铸件的区别只在于在水冷底盘的上部加入选晶器或仔晶，以便控制单一晶体进入铸件。简史初期的单晶铸造高温合金采用普通铸造高温合金成分，在此情况下，单晶铸造高温合金与定向凝固铸造高温合金相比，除了改善横向强度和塑性外，其他性能并无明显改善。20世纪70年代末，出现了去掉晶界强化(见高温合金晶界强化)元素的单晶铸造高温合金，如美国的PwAl480、NASAIRl00。碳、硼、锆、铪等晶界强化元素去除后，提高了合金的初熔温度，从而允许提高固溶处理温度，获得更细小、弥散的Y’相(见高温合金材料的金属间化合物相)，使合金的潜力得到更充分发挥。经过20多年的发展，出现了20多种单晶铸造高温合金。这些合金可以分为三代：第一代以PwAl480为代表，其承温能力比最好的定向凝固铸造高温合金PwAl422有25℃的优势；第二代以PwAl484为代表，比第一代又提高了25℃；正在研制的是第三代单晶合金。
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发表于 2016-1-17 09:38:45
