发布日期:2025-02-02 15:21 点击次数:68
近期,国产大飞机再次引起了人们的热议。8月28日,中国商飞向国航、南航首次交付C919,加上之前已向东航交付的,国内“三大航”均已集齐国产大飞机。自此,航空制造业和航空运输业“两航融合”发展的时代即将开启。
仰望星空、逐梦九天,中国人民对天空的探索从未停歇。古有嫦娥奔月的神话传说,“忙趁东风放纸鸢”的生活写照,以及“孔明灯”的飞天探索。现如今,历经多年的努力,C919身披五星红旗而来,中国人终于坐上了自己的国产大飞机,实现了飞天梦。而鲜为人知的是,我国大飞机取得重大突破,离不开一种被称为“航空金属”——铼的默默付出。
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姗姗“铼”迟
铼究竟是一种什么样的元素,为啥是最后一个被人类发现的自然元素呢?这主要由于铼在地壳中的含量实在是太低了,在地壳中的丰度仅为十亿分之一,且没有独立存在的矿床,一直处在“藏在深闺人未识”的状态。直到1925年,德国化学家沃尔特·诺达克(WalterNoddack)、伊达·诺达克(IdaNoddack)、奥托·伯格(OttoBerg)用X射线在铂矿和铌铁矿中才首次探测到了这种元素,并根据德国的母亲河——莱茵河的名字,将这种新元素命名为“铼”(Rhenium)。
02
原“铼”如此
铼是一种极具“感染力”的金属,令人啧啧称奇的是,当铼作为添加剂加入到钨、钼、铬等合金中时,能显著提高这些金属在高温条件下的强度和塑性,堪称是画龙点睛的神来之笔,这种现象又被称作“铼效应”。
铼有着元素中排名第一的沸点和排名第三的熔点,是天生的高温金属,具备优异的抗蠕变特性。在镍基合金中加入铼,可以大大提高合金的蠕变抗力,铼也成为制造航空发动机涡轮叶片不可或缺的原材料。调查显示,全球铼的消费结构中仅航空发动机就占了近80%,可以说铼是一种命中注定的“航空金属”,也怀揣着一个飞天梦。
我国大飞机为啥这么晚才被造出来?众所周知,航空发动机可以说是飞机的心脏,因其恶劣的“三高”(高温、高压、高旋转)的工作环境而闻名。温度究竟有多高?可达1600℃以上甚至更高,之所以要达到这么高的温度,是因为燃气进口温度每提高55℃,推力则提升10%;压力到底有多大?高达50多个大气压,相当于蓄满水后三峡大坝底部压力的3倍;旋转有多快呢?每分钟要旋转几万转,叶尖承受的离心力相当于40吨重型卡车的拉力。而涡轮叶片就处于这样的工作环境中。涡轮叶片更被视为航空领域中“第一关键”零件,直接决定了航空发动机的性能,甚至有“一代叶片材料决定一代发动机”的说法,铼就是航空发动机的“壮骨粉”。
此外,铼基高温合金还可用于火箭抗氧化涂层、超音速飞机和导弹的隔热层、核反应堆材料等。因此,铼是航空航天、核能源及国防等领域中尖端技术不可或缺的材料,具有重要的战略意义,铼也被称作“战略金属”。
铼的另一个重要的用途是作为石油催化重整的铂铼催化剂,不仅可以增加汽油、芳烃、氢气等产量,还可以提高辛烷值(即汽油标号,如#92、#95汽油),用以生产无铅、高辛烷值的汽油。
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“铼”源何处
全球铼资源极为稀缺,仅有2500吨左右。有99%的铼藏身于辉钼矿和斑铜矿中,也就是说铼主要储藏于盛产铜和钼的国家。全球铼储量分布极不均衡,超过90%的铼资源分布在西半球,主要集中在智利、美国和俄罗斯等少数国家,其中智利是全球铼储量最多的国家,占比超过50%。
我国铼资源十分贫乏,储量仅有200多吨。目前,我国的铼产量每年只有约5吨。据报道,C919全球订单已超过1000架,铼产量远远满足不了我国飞速发展的市场需求,目前超过50%的铼需要进口,未来缺口还会更大。一点一滴当思“铼”之不易,我们应当更加珍惜铼资源。
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王者归“铼”
全球铼市场规模较小,供需双方高度垄断,应用领域较为集中。智利是全球最大的出口国,其中90%都出口到了美国。美国作为最大的铼消费国,约占全球总量60%,同时产量位居全球第二,但长期以来80%的需求量来源于进口。可见,由于铼极其重要,即便是铼资源丰富的美国也像貔貅一样只进不出。大多数的铼应用于高温合金,特别是航空发动机,世界航空发动机三巨头美国通用电气、英国罗尔斯·罗伊斯、美国普拉特·惠特尼铼的消耗量就占全球的70%,占航空发动机用铼总量的90%。
我国拥有全球第二大航空运输市场,但航空发动机的制造一直都是“卡脖子”难题。记得1949年新中国成立时,飞过天安门城楼的17架飞机中,竟然没有一架是中国人自己制造的。随着我国航空发动机制造技术的进一步突破,可以预见铼消费量将大幅增长,铼资源的安全供给具有重要的战略意义。
近些年,随着国际地缘政治持续动荡,以及美国波音飞机安全问题频出,全球大飞机市场也迎来了新的机遇和挑战。由于在航空航天和军事等领域地位重要,铼已经成为一种紧缺的战略金属。当前,找到更多的铼,提高铼资源安全保障能力,才能让我们中华民族的航空梦飞得更高、飞得更远。