缺點太多，太重、太硬、太耐磨、反而限制鎢的使用。

航發專業人員為你解答，順便普及發動機葉片材料知識。

鎢這種金屬是一種優點和缺點都很明顯的金屬。密度大，硬度大，熔點高。熔點3410℃是所有非合金金屬中熔點最高的；非常硬，莫氏硬度達到7.5；密度也非常高，達到了19.25。鎢這種金屬在軍工領域應用非常廣泛，但是在航空發動機領域應用甚少。

密度太大，限制了使用。這一條很好理解，航空發動機領域，千方百計要提高的指標就是推重比，提高推重比有兩條途徑，重量不變的前提下提高推力，或者推力不變的情況下減小重量。減小發動機自身重量所帶來的收益，甚至強於提高推力。鎢的密度是鐵的2.5倍，是鈦的5倍，用上這種材料，重量將成倍增加，顯然很不合適。

發動機葉片更是不能用密度大的材料，發動機高速旋轉時，葉片產生的離心力都將達到十幾噸。如果用鎢這種密度大的金屬，產生的離心力估計都可以達到上百噸，將沒有什麼材料能夠承受這麼大的離心力，一轉起來，發動機馬上解體。

熔點高是一項非常好的優點，但是目前發動機還遠遠用不到這麼高熔點的材料。拿發動機最關鍵的指標，渦輪前溫度T4來說，目前主流發動機的渦輪前溫度在1700K左右，比如中國的渦扇10發動機T4溫度就是在這個水平。美軍F119發動機領先我們一代，T4溫度為1900K，推重比已經達到11。T4溫度每提高200K，就可以誕生新一代發動機，而這個過程大概需要耗時20年，以人類目前的科技水平能做到2300K已是極限。熔點太高，看起來並沒有什麼實際的意義。

至於硬度，太硬了，反而不好。

與大多數人的理解不同，發動機葉片的材料，需要的是韌性好，甚至是易磨損的材料。

發動機葉片在工作時不但承受巨大的徑向拉力，氣流還對葉片施加巨大的軸向力，葉片甚至會被氣流輕微的掰彎，所以需要較好的韌性。同時葉片尖端與內涵道壁板的縫隙只有髮絲大小，在熱脹冷縮的影響下，葉片尖端會與壁板發生刮蹭，此部位一般會使用易磨材料。即使受到刮蹭，也不會產生脆性斷裂。渦輪葉片為了保護內部氣路的完整，甚至直接預留了不小的磨損層。圖渦輪葉片端部預留一定高度的磨損餘量

葉片還需要應對隨時可能發生的外物打傷。如果韌性不好，一打就掉一塊。發動機葉片馬上就會被打得稀巴爛，韌性好的材料，如果發生異物打傷，打彎或者打變形，問題都不大。

圖打傷的葉片

鎢這種材料還有一個缺點，在高溫的情況下，容易與空氣中的氧氣或者氮氣發生化學反應，變得更脆。

總而言之，航空發動機所用的材料，要求耐高溫、輕質，柔韌，鎢顯然不具備這些特點。

雖然在航空發動機上用的少，但是鎢仍然用於很多軍工領域，比如導彈、炸彈、穿甲彈，這些地方可以很好的發揮鎢材料的優點。

航空材料，第一考慮的效能是什麼？答：比強度！也就是材料的強度極限比上密度，比值越大越好！而高溫效能，只在渦輪部分，需要很高要求！顯然，鎢合金顯然達不到比強度大這個前提條件，所以航空材料，在第一關就會把它淘汰！另外，目前發現的比強度最大的金屬材料是鈦合金，非金屬材料是碳纖維。高溫效能最好高溫陶瓷，用在高壓渦輪葉片和燃燒室的大部分是高溫陶瓷，而且高壓渦輪葉片是需要很多氣孔，通氣進行氣膜冷卻的！

除了耐熱，航空發動機葉片還需要考慮耐疲勞效能，高溫蠕變效能（航空發動機需要在1000多度高溫執行）。現在使用的航空發動機葉片，特別是在燃燒室使用的葉片大多是鎳基單晶高溫合金。鎳基單晶高溫合金是透過定向凝固和螺旋選晶法得到的。由於只有一個晶粒，材料的抗蠕變效能非常好。在鎳合金裡面還大量新增Al，Cr，Ti，W，Mo，以及現在的第四代第五代及以上新增的貴金屬錸和釕等，這樣材料的強度才能抗住高溫下的蠕變。國內做得比較好的單位有中科院金屬研究所，北京航空材料所（621），鋼鐵研究總院等。

因此並不是熔點高就可以做葉片材料，因為需要綜合考慮各種因素。比如材料的密度，塑性，強度，耐蠕變和疲勞效能。鎢的熔點高，約3410度，但是密度也大，為19.35g/cm3，是鐵和鎳的兩倍多。由於是在空中飛行，整體重量越輕，越是節能。另外，鎢合金的塑性還是不如鎳基合金，也就是比較脆，飛機是載人的，如果在空中飛著發動機葉片就斷了那就危險了。

鎢是一種很好的元素，在耐熱鋼，工具鋼裡經常可以見到，但用量不會超過3-10wt%。太多一是價格太貴，二是塑性或韌性不足。

一款材料能不能用在航空發動機裡面需要考慮的因素是非常多的。

這些因素包括材料本身的物理性質，最重要的是材料本身的剛度、強度和密度。

剛度大的材料在結構受力較大的情況下不會產生很大的變形，要知道，航空發動機裡面的轉子每分鐘可能要轉動數萬轉，這這麼高的速度下，如果結構有很大的變形，那麼就容易發生故障。強度大的材料在結構受力較大的情況下不會發生斷裂，比如說下面這張圖就是金屬的靜強度試驗。

而材料的密度在航空發動機中同樣是非常關鍵的，除了本身航空發動機需要減重之外，更重要的是發動機的轉子轉速太快了，密度越大的材料產生的離心力就越大，所以說降低材料密度就可以獲得更高的轉速。比如說鈦合金本身的剛度和強度效能本身不是很亮眼，但是架不住鈦合金的密度很低，所以這種材料會被廣泛運用在航空發動機中。下面就是鈦合金的整體葉盤結構。

相比較之下，金屬鎢的缺點就很明顯了，因為金屬鎢的密度足足有19g每立方厘米，是鋼的兩倍，鈦合金的四倍。所以說這麼大的密度根本就沒辦法在航空發動機中使用。

一種材料熔點高，只是說在很高的溫度下這種材料不會融化，但是不融化不代表這種材料就是可以在高溫下使用的。正如剛剛所說的剛度和強度，溫度如果過高，即便材料不融化，其剛度、強度的下降也是不可接受的。

下面這張圖中的藍色線就是金屬鎢的抗拉強度，可以看到，溫度超過1000℃之後，金屬鎢的強度效能下降的非常多，所以說讓鎢承受更高的溫度沒有意義。既然總是要透過冷卻系統讓材料維持在較低的溫度（再下面的圖就是渦輪葉片的冷卻結構），為什麼不用其他高溫效能差不多、但是密度更輕的金屬呢？

有些材料效能好，但是加工效能差（也就是說加工不了）、價格昂貴，或者說不能保證供應，那麼這款材料就不會被用在航空發動機中——除非這些問題能夠有效的解決。

典型的例子就是鈦合金，雖然說很早科學家就發現鈦合金的性質很好，但是其真正應用卻花了很長的時間，就是因為鈦合金的加工效能在很長時間內得不到有效的解決。

三通道航空發動機的特點

所謂三通道航發，就是發動機內部有三個氣流通道的航空發動機，像美國目前在研的自適應變迴圈航發就是三通道航發。

現有的渦扇發動機都是內外兩個通道的發動機，燃燒室在內通道里。自適應變迴圈發動機有內外中三個氣流通道，燃燒室同樣在內通道，三通道前設有調節檔板，可以調節三個通道的進氣量。

在三通道發動機裡，可以考慮把燃燒室設在中通道里，內外通道的氣流都不參與燃燒，通道前設定可調式分流器，以調節三個通道氣流比例。

燃燒室在中通道里，可以使燃料燃燒產生的熱量得到更充分的利用，燃燒室產分的熱量透過內外管道壁的傳導，使內外通道里的氣流都能受熱膨脹，提高燃料熱量利用效率，從而增加發動機推力。同時內外通道里的氣流能使中通道燃燒室內的高溫氣流更好的冷卻，使後部渦輪工作環境的溫度較內通道燃燒室低，而渦輪軸也不透過燃燒室，整個渦輪增壓器的工作環境都將會有所改善，工作環境的改善對減少渦輪故障，提高渦輪乃至整個航發的壽命都有積極作用。

中通道燃燒室航發配用新型多向進氣異面風扇，增加航發的進氣量，充分的利用燃料燃燒的熱量，使航發在推力增加的同時，壽命也會增加，故障率下降。

三通道發動機和中通道燃燒室，多向進氣異面風扇都是全新的東西，在研發，使用過程中會產生新的問題，在不斷的改進，完善後，相信它們一定能在航空領域大放異彩。

看過一些科普材料，航空發動機除了耐高溫，還要求在高溫之下保持原機械特性沒有大改變。我們看到它發熱發紅了，但是還要保持很強的機械特性。那螺旋頁都是稀有金屬的複合材料。單鎢不能滿足所有。

鎢元素的“氧化係數”在950攝氏度時候是100%，在2000攝氏度時候是205%，而達到4900攝氏度的時候在同樣的“氧化燃氣流”作用環境中就會瞬間消失，也就是氧化係數1000%，就是“瞬間氧化燒蝕”造成的金相分子的熔融反應。這樣的重金屬材料，只能用於“車用燃氣輪機”的常溫或低溫並氣渦輪機構上面！

現實情況是世界上最先進的航空發動機葉片原本就是烏合金材做的，只是目前為止中國科學家還沒有弄清楚烏合金中是何種或幾種金屬，以及合金中的具體比例是多少，所以中國生產不出先進航空發動機，美囯通用公司是經過幾十年的研究，試驗才掌握最先進的葉片生產技術的，其發動機壽命是12000小時，俄羅斯是3000小時，中國前幾年是1500小時，最近才突破2000小時。