被欧美掐命门的中国航空发动机，终于有了“壮骨粉”

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铼（lái），素有“航空发动机的壮骨粉”之称。
缺了它，航空发动机的性能和寿命都要大打折扣。此外，航天和导弹也离不开它。
由于欧美长期对华实行技术封锁，“铼”成为长期作为掣肘我国航空发动机研发的瓶颈问题。
现在，依托对铼的勘探发掘和含铼高温合金技术的使用，中国企业已经能够生产出航天发动机中最关键的部位——铼镍合金单晶叶片。
这无疑是给国产航空发动机打了一剂“强心剂”！
西方分析人士认为：如果中国把铼运用到航空发动机领域，并取得技术突破，就会打破美欧对该领域技术的垄断。
文| 李浩然
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1.厉害的铼闪亮登场！
如果说，航空发动机是现代工业的“皇冠”，那么，涡轮叶片无疑就是“皇冠上的明珠”。
涡轮叶片处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，是航空产品的第一关键零件。
以F-22的发动机F-119为例，其直径仅1.168米，却需要提供15.6吨的推力。
在飞行中，其涡轮和风扇除了承受极大的压力，还需忍受高温的熬煎。在飞机高速飞行时，F-119的发动机涡轮前温度可高达1977K（约1700摄氏度）。
因此，选择合适的材料来制造涡轮叶片至关重要。
在早期的涡轮喷气发动机时代，涡轮前温度较低，高温镍合金（能够承受1000℃左右高温）是可以对付的。
但是，到了涡扇发动机时代，在燃油利用率和推重比大幅提高的同时，涡轮前温度也更高了。
高温镍合金根本扛不住，叶片发生了蠕变。
注：蠕变，指发动机叶片承受不住高温和压力发生变形。这会带来很严重的后果，比如涡轮叶片发生断裂、叶片飞出损伤机匣等，危及飞机安全。
研发出具备高耐热性和高抗变形性的涡轮叶片，成为摆在各国研发人员面前的重要问题。
这时候，铼，登场了！
铼究竟是一种什么样的金属呢？
1869年，门捷列夫发表了世界上第一份元素周期表。1871年，这老爷子提出，在锰副族中，会有尚未发现但却一定存在的元素。
这个元素就是铼。

德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫
铼作为最后一个被人类发现的稳定元素，直到1925年才被发现。
这种“千呼万唤始出来”的金属非常厉害：
*熔点高达3180摄氏度，仅次于目前自然界最难熔化的钨（3410摄氏度）。
*沸点高达5596摄氏度，在整个元素周期表里独占鳌头。
*耐腐蚀，强酸和强碱遇到铼只能无可奈何。
把浓盐酸和浓硝酸按3:1的体积比混合，就制成了能够溶解黄金和白金（铂）的王水。但是，在常温常压下，王水对铼毫无作用！

上图从左至右，依次为：纯度为99.9999%、99.995%和99.99%的铼
拥有强大性能的铼是制造涡轮叶片的首选材料。
把铼加入到镍基超级合金中，只需一点点，就能大幅提高涡轮叶片的抗蠕变性，同时还能提高叶片的抗氧化和抗疲劳性能。
目前，全球约80%的铼都被用于生产航空发动机的单晶叶片。
此外，小到排气喷嘴、石油催化剂，大到火箭（在2200℃的高温下，用铼合金制成的火箭发动机喷管能够经受住10万次以上的热疲劳循环）、卫星和导弹，铼在很多关键领域都有重要应用，。
2.各大国展开激烈争夺！
然而，这种“厉害的金属”含量极少，价格与白金不相上下。据美国地质调查局报告，全球探明的铼储量约为2500吨，年产量峰值（不包括回收）仅为4.5吨；并且，分布也很不均衡，大部分铼集中蕴藏在智利（1300吨）、美国（390.1吨）、俄罗斯（310.4吨）等。
那么，铼够用吗？
根据波音公司预测，到2031年，全球民用飞机新机交付量为3.4万架，则发动机需求数量约为6.8万台，累计需求铼约1700吨，平均每年消耗85吨。
根据全球四大航空发动机制造商罗罗公司预测，未来20年，全球军用航空发动机新机销售量约为3.2万台，累计需求铼约为800吨，平均每年消耗约40吨。
由此可见，不说别的，单单是在航空发动机领域，全球每年铼的需求量就达到了125吨！全球铼储量根本不够用！
各大国已经意识到这一点，纷纷加快对铼的利用和抢夺。
美国很早就在发动机高温合金中添加铼。
最初，美国研发人员在F-15战斗机装备的“普惠F100发动机”中试验性地添加了3%的铼，尝到甜头后，不断增加用量。F-22战斗机装备的“普惠F119系列发动机”的含铼量已经达到了6%。

F-22“猛禽”战斗机（图片来源：环球网）
美国还是全球最大的铼消费国——通用电气使用了全球28%的铼，普惠公司使用了12%。
美国是世界第二大铼储量国（仅次于智利），并且，还跟智利、墨西哥和哈萨克斯坦都签署了长期的铼开采合同，几乎控制着全球铼储备和销售市场。