全球最先进航空发动机，到底采用了哪七大最顶

航空制造是高新技术最集中的领域，属于先进制造技术。比如美国惠普公司研制的F119发动机，通用电气公司的F120发动机，比如法国的SNECMA公司的M88-2发动机，再比如英国、德国、意大利和西班牙四国联合研制的EJ200发动机。值得一提的是，这些代表全球最先进水平的航空发动机，其共同特点是采用了新材料、新工艺和新技术。下面就分别介绍所使用的七大新材料如下：

一、碳/碳复合材料

什么是碳/碳复合材料？ 它是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料。具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，尤其是在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是全球最有发展前途的高温材料之一。

虽然碳/碳复合材料有很多十分优良的高温性能, 但它在温度高于400℃的有氧环境中发生氧化反应，从而导致材料的性能急剧下降。所以，碳/碳复合材料在高温有氧环境下的应用必须有氧化防护措施。碳/碳复合材料的氧化防护主要通过以下两种途径，即在较低的温度下可以采取基体改性和表面活性点的钝化对碳/碳复合材料进行保护;随着温度的升高，则必须采用涂层的方法来隔绝碳/碳复合材料与氧的直接接触，以达到氧化防护的目的。当前使用最多的是涂层的方法，随着科技不断进步，对碳/碳复合材料超高温性能的依赖越来越多，而在超高温条件下唯一可行的氧化防护方案只能是涂层防护。

值得一提的是，C/C基复合材料是近一些年来全球最受重视的一种更耐高温的新材料。因为只有C/C复合材料是被认为唯一可做为推重比20以上，发动机进口温度可达1930-2227℃涡轮转子叶片的后继材料，曾经是美国21世纪重点发展的耐高温材料，尤其是全球先进工业国家拼力追求的最高战略目标。

所谓C/C基复合材料，就是碳纤维增强碳基本复合材料，它把碳的难熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体，使其呈现出非脆性破坏。由于C/C基复合材料具有重量轻、高强度，优越的热稳定性和极好的热传导性，因此，是当今最理想的耐高温材料，特别是在 1000-1300℃的高温环境下，它的强度不仅没有下降，反而能够提高。特别是在1650℃以下时仍然还保持着室温环境下的强度和风度。因此C/C基复合材料在宇航制造业中具有非常大的发展潜力。

值得一提的是， C/C基复合材料在航空发动机应用的一个主要问题是抗氧化性能较差，所以，近几年美国通过采取一系列的工艺措施，让这一问题获得解决，并且逐步应用在新型发动机上。比如美国的F119发动机上的加力燃烧室的尾喷管，F100发动机的喷嘴及燃烧室喷管，F120验证机燃烧室的部分零件都已经采用了C/C基复合材料制造。再比如法国的M88-2发动机，幻影2000型发动机的加力燃烧室喷油杆、隔热屏、喷管等也都采用了C/C基复合材料。

二、超高强度钢

什么是超高强度钢？20世纪40年代中期，美国研制成Cr-Mo钢(AISI4130)和Cr-Ni-Mo钢(AISI 4340)，经淬火和低温回火后，抗拉强度分别为170和190kgf/mm2。到了50年代初，在AISI 4340钢的基础上加入Si和V,制成300M，抗拉强度达190~210kgf/mm2。1960年，国际镍公司制成马氏体时效钢，抗拉强度约为180kgf/mm2,断裂韧度高达390kgf/mm帮。到了70年代，美国在300M基础上降C增Si,改善韧性，发展成HP310钢;在马氏体时效钢的基础上研究成AF1410钢，抗拉强度为170kgf/mm2,断裂韧度达400kgf/mm帮(见断裂韧性试验)。

值得注意的是，超高强度钢必须具有高的抗拉强度，和保持足够的韧性,还要求比强度(强度与密度之比)大和屈强比(σs/σb)高，以减轻构件的重量，而且要有良好的焊接性和成形性等工艺性能。超高强度钢对冶金质量要求非常高，往往采用电弧炉和电渣重熔冶炼。要求纯度高的钢种，多采用真空感应炉或真空自耗电弧炉冶炼。中、低合金超高强度钢在热处理时应防止脱碳;马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢,可以用普通加热炉固溶处理。焊接时须采用保护气体焊接或采用钨极氩弧焊接。某些含碳较高的(0.4%左右)低合金超高强度钢,焊接后应立即进行去应力退火。

值得一提的是，超高强度钢作为起落架材料应用在飞机上。比如第二代飞机采用的起落架材料是30CrMnSiNi2A钢，抗拉强度为1700MPa，这种起落架的寿命较短，约2000飞行小时。

文章来源：《航空学报》 网址: http://www.hkxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0811/1666.html