广大军迷来说，我国航空发展今年来非常值得傲娇，舰载机歼15，四代战机歼20，大型运输机运20等等航空利器让我们面子大增，但一根刺却一直让我们不爽，那就是飞机的心脏——发动机。

叶片是飞机发动机的重要零部件，不管是星条旗，还是伏特加，都在叶片制造等技术上一直封锁我国，很多网友抱怨，我国是世界第一的产钢大国，为何却不能造出很好的飞机发动机叶片用钢，其实那不是钢，而是单晶合金。

单晶合金比较著名的是TMS（Tokoyo Meguro Single）合金，日本国立材料研究所（NIMS）在此项技术中是非常著名的，虽然小编也是抗日份子，但这方面不得不说他领先。

关于NIMS

日本国立材料研究所(National Institute for Material Science：NIMS)是日本最大的研究所之一，它由国立金属材料技术研究所（NRIM）和国立无机材料研究所（NIRIM）合并而来。NIMS主要进行材料的合成，表征和应用的研究，包括金属，半导体，超导体，陶瓷，有机材料，和纳米材料等等。涵盖了电子，光学，涂料，燃料电池，催化剂，生物技术等范围的应用。同时发展了电子显微镜，高能离子束，强磁场等技术。大多数研究是实验性研究，但至少有一个研究中心，致力于理论研究。

关于单晶合金航空发动机中的发展及应用

众所周知，增强涡轮叶片的承温能力可直接提高涡轮进口温度，而提高涡轮进口温度是提高航空发动机效率的有效方法。20世纪70年代后期，单晶高温合金由于其优良的热阻特性，被引入到商业航空燃气喷气发动机涡轮叶片中。采用单晶合金发动机的燃油效率比采用定向合金提高30％以上，寿命大大延长。最新航空发动机的涡轮进口温度高达1777℃，见表1。

表1 国外航空发动机的发展历程

例如，采用第三代单晶合金作为叶片材料的推重比为10的F119发动机涡轮进口温度为1677℃，比采用定向合金的推重比为8的F100发动机涡轮进口温度（1370℃）提高了307℃。

美欧等国的单晶高温合金应用研究已比较成熟，并在民用航空发动机上得到了广泛应用，单晶合金应用的相关发动机型号与机型如表2所示，尤其是第二代单晶叶片的工程化应用技术，目前正在服役的单晶叶片零件估计超过百万件。由表2中单晶合金的应用情况总结得出，Pratt & Whitney(P&W公司）与IAE(P&W,RR,JACE,MTU合资公司)系列发动机主要采用PWA系列单晶合金，GE和CFM（GE，SNECM合资公司）系列发动机主要采用René系列单晶合金，Rolls-Royce（RR公司）Trent系列发动机主要采用CMSX系列单晶合金。

表2 单晶高温合金叶片在航空发动机中的应用

René系列单晶的专利权人是GE公司，由第一代单晶RenéN4发展到第二代单晶RenéN5和第三代单晶RenéN6。CMSX系列单晶的专利权人是Cannon-Muskegon公司，由第一代单晶CMSX-3发展到第二代单晶CMSX-4和第三代单晶CMSX-10。RR公司开发的单晶RR3000和RR3010在美国的Cannon-Muskegon公司生产，按美国惯例需冠上该生产单位的品牌名，命名为CMSX-10K和CMSX-10N，产品验收采用RR公司的企业标准。PWA系列单晶的专利权人是美国联合技术公司，被P&W公司收购，由第一代PWA1480发展到第二代PWA1484和第四代PWA1487。

第四代、第五代单晶的发展以TMS系列单晶为代表。TMS系列单晶是由NIMS研究所研制的。2006年，RR公司在日本NIMS建立航空先进材料研究室，与NIMS联合开发单晶材料。

单晶的承温能力一般以137MPa/1000h蠕变断裂为标准进行判断，第二代单晶承温能力大致为1040℃，相应的每代单晶高温合金使用温度都被提高了25～30 ℃，每提高25～30℃相当于延长叶片寿命3倍。

TMS系列单晶

TMS（Tokoyo Meguro Single）是NIMS开发的镍基单晶高温合金系列。近年来，NIMS相继成功研制第四、第五、第六代单晶合金TMS-138，TMS-162，TMS196，TMS-238等，在镍基单晶高温合金的研发领域，走在了世界的前列。

表5 TMS物理、力学性能和工艺特点

日本NIMS开发的TMS系列单晶成功进行了系列化的发展，TMS-82+、TMS-75/TMS-103、TMS-138/TMS-138A、TMS-196，TMS-238。

TMS-82+是NIMS和东芝公司合作开发的单晶，相比同代的CMSX-4单晶，在蠕变应力近137.3MPa下承温能力提高30℃，热处理窗口宽有利于进行热处理，同时具有良好的高温抗腐蚀能力和相稳定性，相比第三代单晶TMS-75具有更多连续的γ′竹筏结构和更细小的位错网络，有效降低蠕变应变率。此外，TMS-82+具有良好的低周疲劳强度，具有与CMSX-4相当的抗氧化性能。通过1年15MW 发动机试车考核，该单晶叶片表面无损伤，保持良好的相稳定性，无竹筏结构。

TMS-75是NIMS和KHI（川崎重工）合作开发的单晶，中温到高温段具有优良的蠕变强度，并且具有良好的抗热腐蚀能力。

TMS-138和TMS-138A是NIMS和IHI（石川岛播磨重工）合作开发的单晶，两者都具有
良好的高温蠕变强度、微观组织稳定性和抗热腐蚀能力。

TMS-196是NIMS独立开发的单晶，该合金不仅具有良好的微观组织稳定性，同时具有良好的综合性能，包括蠕变性能、热机械疲劳和抗氧化能力。相比第二、三代单晶，第四、五代单晶提高了高熔点元素含量，如Mo、Re和Ru，虽然极大提升了蠕变性能，但是降低了抗氧化性能。第六代单晶TMS-238在第五代单晶TMS-196基础上优化了成分，呈现出良好的高温蠕变强度和抗氧化性能。

TMS系列单晶的特点在于热处理窗口非常宽，有助于大尺寸零件的热处理。另一个特点在于Mo含量高，形成γ／γ′界面上细小的位错网络，有效提高了蠕变性能。