燃气轮机是现代制造业的“动力之源”，其中的涡轮高温叶片则是燃气轮机的核心部件之一。日前，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”在上海大学通过专家验收，这也标志着该领域的国产技术已接近国际最高水平。
叶片技术制约我国燃气轮机发展
燃气轮机被公认为世界上最难制造的机械装备，又称制造业“皇冠上的明珠”。它是大型客机、特种船舶和民用发电等领域的主要动力源之一，现代燃气轮机的热效率已达到42%以上，是最高效的动力设备之一。
据专家介绍，涡轮高温叶片是燃气轮机的核心部件，在高温、高速、高应力和高腐蚀的环境下工作，其结构复杂，制造难度大，对组织性能和加工质量要求极高，国外对此项技术严格保密，严重制约我国重型燃气轮机的发展。
为解决上述问题并推动上海市高端制造业的创新发展，2008年上海市科委设立重大研究专项课题，针对当前国际上最先进的f级256兆瓦重型燃气轮机涡轮高温叶片开展技术研究和攻关，由上海大学和其它几家单位共同承担。
形成独特的工艺路线
据介绍，涡轮叶片的制造原理是将镍基金属溶液浇铸在模具中，再进行冷却结晶，过程类似于冬天水汽在玻璃窗上遇冷结晶形成“冰花”。涡轮叶片能否耐受高温、是否有足够的强度，和结晶过程中的温度以及晶体形成的数量、甚至方向都有关系。一般来说，晶粒数越少，叶片的耐高温性越好，也越能胜任发电机燃气轮机等高功率设备用途。目前行业内最难的技术，是让整个叶片成为一个晶粒，即“单晶”技术。此外，如果让晶粒有序地向一个方向排列，也能提高叶片强度，避免断裂，此项技术为“定向”技术。
通过四年的努力，课题组在上述两种技术路径上均有突破，还形成了自己独特的工艺路线。例如，通过施加磁场控制，避免金属溶液在结晶过程中无序流动，使成品的材料密度更加均匀；通过设置叶片不同位置的温度梯度，控制晶体生长速度等。
据课题负责人、上海大学教授任忠鸣介绍，课题组在合金净化、精铸控制、工艺优化等领域取得突破性进展，成功研制出f级256兆瓦重型燃气轮机涡轮第二级高温合金定向凝固叶片。同时，在上海大学建立起的高温合金叶片研究中心，已形成燃气轮机等高温合金精密铸造热端部件的制造技术研究、工艺试验、产品检测和小批量生产的能力。目前，课题组已经为微型燃气轮机试生产了三台份（套）高温涡轮叶片，用于试机和试车。同时还为国内精铸企业试生产了燃气轮机高温涡轮动力叶片、导向叶片和矢量喷口导向叶等关键部件。
