TiAl基金属间化合物因其优异的高温力学性能与低的密度,在航空航天等方面的应用受到高度重视。TiAl金属间化合物的弹性模量、抗蠕变性能等均比钛合金好得多,与Ni基高温合金相当,但密度还不到Ni基合金的一半,使用温度可望达到900℃以上,室温模量可达176GPa,而且在温度升高的情况下能基本得以保持,下降很缓慢。因此,TiAl基金属间化合物被业内人士普遍认为是有望用于喷气发动机和涡轮、超高速飞行器的翼、壳体等航空航天重要部件以及汽车工业的耐高温部件,是最有应用潜力的新一代轻质耐高温结构材料。
从理论上分析,金属间化合物的原子长程有序排列及原子间金属键与共价键的共存性,使其可能同时兼有金属的塑性和陶瓷的高温强度,故许多金属间化合物在上世纪都成为材料研究的热点。然而,由于在如何解决强度与韧塑性之间的综合平衡方面一直难以取得有效突破,故其它一些金属间化合物在结构材料方面的研发工作近年来有所降温,但TiAl基金属间化合物却势头不减。最近几年,TiAl合金领域发表的论文一直保持着很高的数量。
TiAl基合金之所以受到重视,是因为它已取得工程化和实用化的重大突破。2007年美国波音公司宣布,其787民用客机使用的GE公司发动机GENX低压涡轮后两级叶片将采用TiAl合金,减轻发动机重量约800磅,这对航空发动机的减重意义十分重大,所以立即推动了全球TiAl基合金的新的研发热潮。早在1998年和2003年日本三菱重工采用真空熔炼反重力低压铸造法制备了高Nb-TiA1合金,并应用在赛车汽车发动机用增压涡轮,以替代较重的镍基合金涡轮,可以节省启动时间,提高最大转速,也显示出了TiAl基合金在民用工业上的极大的应用潜力。
值得注意的是,由于TiAl基合金所显示的作为新型轻质高温结构材料的巨大应用前景,世界上目前几乎所有的先进工业国家都对这种材料投入了巨大的人力、物力进行研究。随着武器装备性能要求的提高,TiAl基合金已成为新一代武器装备和高技术产品的重要材料基础;TiAl基合金将关系到新一代飞机、卫星、空间动量拦截器、高马赫数导弹、以及主战坦克和先进车辆耐热部件的研制。想购买国外TiAl基合金是不可能的,例如订购PCC公司的TiAl基合金部件必须得到美国政府的批准,因此TiAl基合金已经成为关系到国家安全的战略物资。我国的大飞机项目已经列入国家重大计划进行实施,对于能源紧张的今天,降低能源消耗尤为重要,减重是实现先进飞机发动机高推重比的关键,TiAl基合金在这方面的应用前景是不言而喻的。
综上所述,我们必须刻不容缓地发展具有我国自主知识产权的TiAl基新型高温结构材料,这是一个重大的战略任务。(一员)