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我国突破航空发动机叶片超精细“冷加工”技术


 近日,中国科学院召开的新闻发布会。会上宣布,中国科学院西安光学精密机械研究所开发出国内最高单脉冲能量的26瓦工业级飞秒光纤激光器,研制出系列化超快激光极端制造装备,实现了航空发动机涡轮叶片气膜孔的“冷加工”突破,填补了国内空白,达到了国际先进水平。


    这无疑是一项重大的突破!在航空领域,航空发动机一直被誉为“现代工业皇冠上的明珠”,其制造水平代表着一个国家的科技、工业和国防实力。而发动机叶片则是航空发动机第一关键零件,处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位,它的铸造工艺直接决定了航空发动机的性能。

    之前,由于我国飞机发动机制造技术上与西方发达国家存在的较大差距,发动机的涡轮叶片难以承受更高的温度,导致发动机的推力严重不足。如今。“冷加工”超快激光极端制造技术的出现极大地补齐了短板,加强了航天发动机的性能、寿命及可靠性。

    据该研究所科研人员介绍,使用超快激光微加工技术在叶片表面打孔,形成的气膜冷却孔可以有效解决航空发动机在超高温(1700℃)及超高压等条件下冷却的问题,并且超快激光微加工技术还突破了传统制造方式加工叶片气膜孔存在重铸层、微裂纹、再结晶等缺陷。

    说得简单一点,这种技术类似于近视患者做过的激光手术,这样可以聚焦到比头发还细的空间区域,这样在加工时切面整齐、无热扩散、无微裂纹,也不会对所涉及范围旁边的材料造成任何影响,该技术已经成为航空航天、电子等领域超精细、低损伤的最佳选择。

    值得一提的是,这项技术突破不单单只能用于高端的航空航天领域,在未来的生活中我们也将见到这项技术的应用,例如汽车发动机等。据专家介绍,该技术部分核心指标已经与国际先进水平持平,可以为诸多难加工材料与构件的超精细、“冷加工”提供全方位解决方案。

延伸阅读

什么是飞秒激光技术?

    飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光,持续时间非常短,属于飞秒量级,1飞秒就是1/1000万亿秒,光一秒可以绕地球七圈半,而1飞秒只能走过头发丝1/200的长度,这是飞秒激光的第一个特点。飞秒激光的第二个特点是具有非常高的瞬时功率,可达到百万亿瓦,比目前全世界发电总功率还要多出百倍。飞秒激光的第三个特点是,它能聚焦到比头发的直径还要小许多的空间区域。因而,这样加工时切面整齐、无热扩散、无微裂纹及冶金缺陷,加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响,从而做到了加工的超精细。

    飞秒激光的优点就是热量不传导,不损伤材料,能量来不及释放该脉冲已经结束,避免了能量的转移,转化热量的存在和热扩散,实现了真正意义上的激光“冷”加工。所以叫做“冷加工”。通过各种光学镜让一束激光在“运动”中完成精准的打孔。相比于电火花、长脉冲等加工方式,飞秒激光加工不改变材料结构、不产生相变、表面完整性好,已成为航空、航天、电子等领域超精细低损伤的最佳选择。