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金材89级校友张健返校,畅谈走近高温合金材料
作者:宋俊宏     日期:2017-01-19     点击数:202  
文字/张姬    摄影/许远航

值此西南交大120周年校庆纪念之际,金属材料系89级校友张健于515日返校参加校庆活动,并且于下午两点半在犀浦校区X2532针对材料学院本科生发表了关于高温合金的学术报告。此次报告讲座由材料学院朱德贵副院长主持,学生工作组辅导员王昱静老师也参加了此次讲座。

 

 

讲座伊始,朱院长向大家简单介绍了张健学长以及他的研究方向。1996年张健在西南交通大学完成本科及硕士学业后,继续在中国科学院金属研究所攻读博士学位,1999年在英国Brunel大学联合培养博士/博士后结束后在德国Erlangen-Nuremberg大学担任助理研究员,2003年至今,他一直在中国科学院金属研究所高温合金研究部工作,同时也是中科院“百人计划”入选者。张健现任中国科学院金属研究所副所长,高温合金研究部主任,博士生导师。他的主要研究方向包括:先进定向和单晶高温合金的成分设计及损伤机理、先进定向和单晶高温合金的缺陷形成机制及控制技术研究、高温度梯度液态金属冷却定向凝固技术及应用等。

张健老师将高温合金称为“皇冠上的明珠”,因为高温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件,还用于制造航天飞行器、火箭发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。他首先向大家介绍了动力系统所用到的各种材料,其中镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。高温合金分为铸造合金和变形合金两大类,为了进一步降低夹杂物的含量,改善夹杂物的分布状态和铸锭的结晶组织,一般采用真空冶炼和二次重熔相结合的双联工艺。

 

 

接下来张健老师从高温合金的发展说起,并且解释了高温合金沉淀强化的机制,镍为面心立方体,组织非常稳定,镍基合金可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ’-[Ni(Al,Ti)]相作为强化相,使合金的得到有效的强化,获得更高的高温强度。镍基合金含有十多种元素,其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用,其他元素主要起强化作用。高温合金的发展趋势由变形合金逐渐发展到铸造合金、多晶合金、定向合金和单晶合金,叶片散热也由实心叶片发展到简单对流、冲击气冷、气膜、超气冷原理和抗氧化涂层、热障涂层联合等。

上世纪六十年代,师昌绪先生带领金属所的科研人员成功研制了K417高温合金,发展了真空精密铸造技术,突破了空心叶片铸造工艺难关,仅用一年多的时间就研制出了我国第一枚铸造空心叶片,也使中国成为当时世界上除美国之外第二个掌握铸造空心涡轮叶片制造技术的国家。这一成就是中国高温合金发展的一座里程碑,引领了此后几十年中国高温合金研发与应用领域的迅速发展。但无论是航空发动机还是工业燃气轮机我国与国际先进水平仍有很大差距,其核心部件涡轮高温合金叶片的定向和单晶叶片制造技术是制约我国燃气轮机发展的主要瓶颈,国外对其制造技术严格保密并且价格垄断。不突破现代燃气轮机高温涡轮叶片及其制造等关键技术,我国的大飞机、航母、未来主战坦克和地面燃机等事关国家安全和国计民生的重大工程均将受制于人。

张健老师分别就镍基高温合金精炼与净化技术、涡轮叶片精密铸造及陶瓷型芯材料与制作技术、定向凝固组织控制技术、新型真空熔炼—定向凝固设备等方面结合本科学习知识介绍了高温合金。他认为就涡轮叶片材料而言,单晶叶片将进入实用阶段,定向结晶叶片的综合性能将得到改进。

 

 

在讲座接近尾声时,张健老师以一张风趣幽默的图指出大学四年课程里的知识是有限的,我们所能学到的知识更是有限的,而我们在未来的研究和应用中涉及到的知识是无限的,所以我们应该“活到老,学到老”。他还指出从基础研究、新材料发现、优异性能发现到材料应用间还有很重要的一步就是材料的研究与发展,他希望大家在以后进行科学研究时注重研究其机理及优化方法,积极进行科学探索,使材料充分发挥其性能,实现从电炉丝到发动机的跨越。

讲座结束后,朱副院长感谢张健校友此次准备的高质量学术报告,并表示高温合金结合并发掘了现代物理冶金和冶金工艺的所有资源,将其工艺性能发挥到极致,显示了人们为实现极富挑战性的目标而做出的卓越成就。随后在座同学向张健老师提出了自己的问题和想法并进行了激烈的讨论,收获颇丰。

摄影编辑/许远航

材料学院新闻中心