航空带动机是飞机的心脏、动力源头，决议飞机的功能、寿命和牢靠性。于带动机而言，一个严重的功能目标是推崇比，也便是带动机构成的推力与其品质之比。推崇比的大幅晋升，就会催生新一代的飞机出生。初期喷气带动机的推崇比惟独2-3，如今已能抵达10。要升高推崇比，给带动机减重是一个严重路径。
要让带动机轻量化，就须要将原有的材料以更轻的材料所代替。不过，航空带动机的办事处境较量非常，特别高温场景较多，可不是甚么轻量化材料秉承患了的。
钛的密度比钢轻约40%，而强度与之相当，耐热性、耐蚀性、弹性、抗弹性和成形加工性均特别非凡。是以，钛合金在航空带动机的运用越来越多。海外曾有报导钛合金在某款先进带动机的运用占比曾经迫近40%。
那是不是钛合金很快也许把比它重一倍的镍基高温合金挤出了带动机，独揽带动机呢？并没有！
就如今而言，航空带动机的前端——风扇和低压压气机，办事温度较低，正常在度下列，其叶片、盘件、机匣采取的是Ti-Al合金。而在带动机的高温段部份高压压气机，办事温度正常在-度，用的却仍旧是镍基高温合金。
镍基高温合金比钛合金要重一倍，再加之两种材料的的热膨胀系数存在不同，是以给安装承接带来大批技能困苦，增进了成本。
假使行使钛合金更换，不只分量当即减半，并且也不存在热膨胀系数不同题目，何乐而不为呢？
题目在于，钛合金的高温功能并没有看起来那末鲜明。钛的熔点度，但办事温度高于度就也许成为高温钛合金，而度居然被称为钛合金的“热障”温度，胜利闯关的百里挑一。从20世纪70岁月着手，于今四十余年没有办事温度超出度的钛合金正式从军。
那是甚么原由束缚了高温钛合金在更高的温度下行使？跟着温度抬高而神速下落的表面抗氧化性是一个严重原由。
咱们熟知的不锈钢，靠的是其表面构成一层氧化膜，阻挠进一步氧化。而钛一样会与氧连接生成一层与基体连接慎密的氧化膜。这层氧化膜，便是钛合金抗氧化性的关键。
氧化薄膜在度下列特别不乱，但跟着温度的抬高，氧在钛中的熔解度升高，督促钛的二氧化物反响生成廉价氧化物，表面氧化层密度升高而比容低落，氧化物由此会零落，氧化膜耗费掩护效用。
假使这些年偶有报导某些钛合金的高温功能出色，具备在更高的温度从军的或者。但高温下运用钛合金，还绵亘着一座大山，那便是“钛火“，即钛合金产生着火焚烧事务。
钛火毛病迫害很大，自航空带动机运用钛合金以来，就一直产生钛火事务，只是2-20s就或者全部烧尽钛合金零部件和带动机，并且找不到灵验灭火法子。
钛在空气中的熔点是度，而高温钛合金的办事温度尚不超出度。两者之间出入很大，正常环境下是不会产生焚烧事务。
然而高压压气机叶片毛病，致使断片、碎片构成激烈争持，构成大批热量，也许压气机失速引发带动机气流反向固定，从焚烧室后段返回的气流温度都正常高过钛的燃点，城市构成钛火事务。据美国相干统计，高压压气机办事叶片毛病引发钛火的比例为22.5%，由涡轮毛病引发钛火的比例为20%。
而前方提到的钛合金表面氧化膜也是钛火的内因。钛合金导热系数低，氧化热焓大，是易焚烧金属。像钢、铝之类的金属，它们凝结进程中氧化进程是自抑的，氧化膜阻挠氧进一步与金属来往，并且传导损失热量高于氧化产热，避让温度赓续回升。而在高温下，钛氧化膜零落耗费密封性，致使氧气的运输速率赶紧增大，热量析出速率超出热量损失速率，构成温度抬高，终究推进焚烧。钛及钛合金自己具备在空气中自保持焚烧的个性，这是产生钛火的本原。
且不说在度以上高温，如今研发的钛合金的总膂力学功能关于镍基高温合金并无多大上风。假使管理不了钛火题目，高温钛合金在航发上难有更大做为。
阻燃涂层是避让钛火的一种方法。它是采取先进的喷涂工艺在钛合金零部件表面涂覆一层难以焚烧的材料，延和气阻挠焚烧的效用。不过，阻燃涂层存在零落的危险，并且它也不能升高钛合金的行使温度。
对钛合金表面合金化一样也是一条路，经过分散变换钛合金表面基体的成分，在其表面构成一起阻燃层。
但要从根蒂上管理钛火题目，惟独研发阻燃钛合金。俄罗斯、美国、英国、华夏均已开展研发出阻燃钛合金。
阻燃钛合金主若是两私人系：Ti-V-Cr系和Ti-Cu系。这两私人系的阻燃机理并不类似。Ti-V-Cr系阻燃机理是V和Cr的焚烧神速构成一层精细的掩护膜，阻挠氧的分散，并且其焚烧物以气相分散，是以放热小，再加之导热较量好，热量简单分离。而Ti-Cu系阻燃机理则是合金中铜含量为17%时，在-℃构成共晶体，即呈现液相而充任光滑剂，将干争持转折为湿争持，灵验减小争持功及加热量；同时由于铜的熔解度随温度的升高而产生变换，在冷金属和焚烧区之间的界面上构成富铜阻遏层，阻挠焚烧赓续实行。
俄罗斯以Ti-Cu共晶系为原形，胜利研发了BTT-1和BTT-3两种阻燃合金。美国研发了Ti-V-Cr系阻燃钛合金Alloy-C，现已胜利运用于F22的F-WP-带动机的尾喷管和加力焚烧室上。我国的阻燃钛合金Ti40也采取的是Ti-V-Cr系。
然而，Ti-V-Cr系Alloy-C固然具备崇高的阻燃个性，然而它须要增加较大批昂贵的V和Cr，使其成本较通常钛合金高十倍以上，经济效力特别低。是以这私人系的阻燃钛合金，假使战胜了钛火和高温热不乱性，比拟于镍基高温合金也几无上风，除非在不斟酌经济效力，寻找极致带动机的环境下。
而Ti-Cu系成真相对较低，不过对应力集结敏锐，断裂韧性低，熔炼性差。
另外，如今研发的阻燃钛合金的死板加工很困苦，一样增进了加工成本。
避让钛火的办法还可于是对材料的取舍和带动机的打算。海外部份航空带动机部份高温组件曾用过钛合金，被更换成合金钢也许镍基高温合金，也许钛合金组件不行对呈现，避让钛合金之间争持。如今，海外民航适航性准则中严酷规矩了钛合金零部件的行使前提。
整体而言，钛合金由于钛自己极大的弊病，冲破度的“热障”，从军温度抵达更高，代替镍基高温合金，难度仍旧特别大的，须要研发更好的新材料和新工艺。
参考质料：
黄旭,李臻熙,黄浩.高推崇比航空带动机用新式高温钛合金钻研停顿[J].华夏材料停顿,,30(06):21-27。
李旭升,辛社伟,毛小南,等.钛合金氧化做为钻研停顿[J].钛产业停顿,(03):7-13。
孙护国,霍武军.航空带动机钛合金机件的阻燃技能[J].航空建立技能,(01)。
材料牛网专一于跟踪材料范畴科技及行业停顿，这边聚集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，假使您关于跟踪材料范畴科技停顿，解读高程度文章或是评论行业有乐趣，点击下方“赏玩原文”投入材料牛报名参与编纂部。
材料人长按