急！涡轮盘技术落后国外三十余年 喜！株洲航空领域实现“弯道超车”

万融科技科研人员正调试设备 记者/陈驰 摄

株洲日报全媒体记者/陈驰 通讯员/贺莹 卜西敏 李波

“旋转破裂试验以及全套测试，是年内一定要完成的重点科研项目，大家要团结一心，克服困难，涡轮盘的样品如有异常，要立即通知我。”4月19日，在株洲万融新材料科技有限公司（以下简称“万融科技”）实验室里，项目负责人盛利文边了解最新的实验参数，边为团队成员加油打气。科研试验能否顺利完成，也与项目新一代产品能否尽早实现量产直接挂钩，容不得丝毫马虎。

技术封锁，发展僵局亟待破解

涡轮盘是个啥？为何让盛利文如此“紧张”，每一项参数都要反复查看，并与驻研博士进行讨论？

站在实验室一侧，市科技局相关负责人向记者介绍，近年来，随着“两机”专项研究的大力推动，我国航发、燃机的设计取得了长足进展，但是核心材料、高端器件的产能和成本瓶颈长期存在，尤其是最核心的高温合金粉末涡轮盘，目前国内只有少数研究机构能通过热等静压方式制备小尺寸产品，且成型设备昂贵、工艺周期长、产能低、成本居高不下，极大地限制了我国航空、海洋等产业发展。

航空动力作为我省重点发展的三个世界级制造业集群之一，对于打造制造业高地，建设制造业强省，作用极其重大。

涡轮盘可谓航空发动机最核心部件，尤其是涡轮盘和叶片在长时间服役过程中，在高温燃气冲刷下维持每分钟数万转的转速，承受着世界上最极端的气动力、热应力以及离心力等工况，要求相关材料及器件材料具有高温强抗变形、抗裂纹扩展能力和优异蠕变疲劳性能，对航空发动机的研制生产起着至关重要的作用。“十四五”期间，国家“两机”专项研发成果的产业化推广迫在眉睫，相关材料器件“卡脖子”的问题亟待解决。

然而，早在1972年，美国就已经开始发展粉末高温合金涡轮盘技术，于1984年实现大规模量产商用，1992年再次实现了双性能粉末涡轮盘技术的重大突破。

这项技术，关系到重点领域的发展，是不得不迈过的鸿沟。而中美之间的差距，足有30余年，即便追随国外步伐，亦不能在短时间内追上。况且面对国外的技术封锁，盲目追赶毫无意义。唯有自强，才能打破僵局，但如何求变，成为难题！

峰回路转，株企抛去橄榄枝

前行的道路，必然是布满荆棘与挑战。

事情在2014年出现转机。彼时，清华大学国家自科基金重大项目原创性成果——振荡压力与热场耦合快速烧结技术，理论知识已然成熟，这是在国际上由中国人首次提出并命名的一种新的烧结技术。

该技术能够在高真空环境下，实现动静压结合的动态粉体烧结，完成粉末及制品高效短流程消氧和烧结过程等温微锻造工艺，实现超纯、超匀、大尺寸产品的粉末烧结和不同材料的混合烧结。

理论到实践的可行性，要依托于大量的试验论证。

面对国外设备、技术的封锁，该团队在校内的试验研究，尽管有了眉目，但在联系企业打造实验设备，让试验项目早日落地时，却屡屡受拒。

“纵然理论上可行性很大，但没有眼前效益，令很多企业望而却步，担心竹篮打水一场空。”市科技局负责人表示，经过多方联系，最终株洲新融利实业有限公司（以下简称“新融利”）抛去橄榄枝，与清华团队一起发动了这场科技“革命”。

2017年，在新融利联合实验室里，世界首台真空振荡压力粉末烧结装备，经过定型，正式问世，实现了“从0到1”的突破。

技术革新，快速缩短水平代差

工欲善其事必先利其器。有了设备，科研团队信心十足，随着清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室的成立，进行了陶瓷等材料的烧结试验，一个个试验产品的成功落地。

这项在国际上由中国人首次提出并命名的新烧结技术，在实践中进一步得到完善，也引起了中国航发动研所、北京钢铁研究总院等部门及企业的青睐，促动了多方的联动合作。为此，新融利投资成立万融科技，专注于该领域的探索、研究。

新烧结装备、技术的越发成熟，也为加快涡轮盘的项目带来了先决条件。

清华大学材料科学与工程系教授、博士生导师、清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室副主任谢志鹏介绍，国内现有粉末涡轮盘，通常采用制粉、真空释氧、热等静压（HIP）成形+包套/热处理的工艺流程，不仅技术工序多、品控难度大，而且设备复杂昂贵，投资大、耗时长、成本高。

“我们自主研发的真空振荡压力粉末烧结装备，不仅实现了全套设备国产化，现有真空释氧、包套、热等静压成型等一步完成，工序时间不到原来的十分之一，也极大降低了生产成本。”谢志鹏说，新装备和技术，结合真空、等静压、锻压烧结优点，改变原有传统静态烧结为动态粉体烧结，加速实现多晶材料的扩散、传质过程，提高烧结速度、降低烧结粒径进一步提高材料的密度、一致性等组织性能。

如今，该烧结装备不仅实现了全参数可控的等温微锻造工艺，可最大限度消除各类微瑕疵和大尺寸坯体高压高温应力，提高制成品加工及长期使用性能，更能通过高真空环境下的烧结锻压，实现粉末及制品高效短流程消氧，在突破现有工艺过程关键性难点的同时大幅提高生产效率。新的烧结装备与技术，一跃领先国际。

该项目的意义，达到了清华科研团队的初衷，有效促动了国内粉末高温合金真空锻造烧结一体成型涡轮盘产业化，大幅缩短涡轮盘成型制备技术与国外先进水平的代差。

揭榜挂帅，为产业发展保驾护航

回顾2021年底，在我省首批“技术攻关”榜单中，中国航发湖南动力机械研究所申报的航空发动机涡轮盘真空粉末锻造成型技术研究赫然在列，也是我市第一个省揭榜重大项目。

在中国航发湖南动力机械研究所、市科技局的应用牵引及指导下，万融科技、钢铁研究总院、清华大学经过三年合作攻关，航空发动机涡轮盘真空粉末锻造一次成型工艺研究及重大装备研制已经完成前期试验及产业化论证，即将完成大尺寸关键设备及全套生产线的自主研制、生产。

该项目不仅能够实现粉末涡轮盘坯制造短工艺、高品质同时明显降低产业化投资和成本，是解决我国先进航空发动机、燃气轮机大规模应用推广“卡脖子”的关键技术；同时经过相关工艺验证，该技术能够支撑国家新一代发动机高温材料及器件应用研究，具有显著的战略意义和重要的科学价值。

在湖南省 “三高四新”专项首批“揭榜挂帅”重大项目支持和引导下，国内相关方向顶尖机构与团队，已经形成完善的项目的“产学研用”团队。目前，万融科技采用真空锻造一次成型工艺技术，已实现160毫米级盘坯的全致密化制备，性能已达到国内先进水平，展示了其独特的技术优势

仅2020年，我国粉末高温合金涡轮盘市场规模达到10亿元，随着社会的进步、经济的发展，我国航空发动机装机量急剧增长，具有更低成本的粉末涡轮盘产品无论是在航空还是陆海、民用市场，都将产生重大经济效益。预计未来十年，粉末涡轮盘市场规模将超过500亿。本项目成果产业化后，仅涡轮盘坯将年产值超过10亿元，带动相关下游配套超过50亿元。

眼下，清华大学、株洲新融利等创新联合体正在研制的全新构型千吨级大型成套装备，产品实现量产指日可待，将为我国大型航空发动机、重型燃机新一代先进涡轮盘的制造和重点产业大尺寸粉末冶金特种材料提供强力保障，有望推动我国相关产业赶超国际先进水平。