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前些天寫了一篇關於渦輪葉片冷卻方法的文章，受到了大家的關注。一些人認為，我們已經能製造出好的渦輪葉片，因此和歐美的技術已經沒差距了。我認為這種想法是錯的，雖然我們確實已經進步了許多，但是在渦輪葉片的冷卻和材料上，和它們的差距還是有的，還是我們的短板之一。今天，我們來談談渦輪材料及製造方法。
渦輪工作的化學環境和機械環境均十分的惡劣，6000~30000轉/分鐘的轉速產生的巨大的應力，因此需要渦輪材料具有優秀的機械性能。燃氣渦輪發動機出現的70餘年來，材料科學的進步以及冷卻措施的應用，已經使得發動機高溫部件耐受溫度獲得顯著提高。
目前鈦合金多用於冷端部件的製造，而熱端部件的製造大量採用鎳基合金，添加稀貴的錸、鉿等難熔金屬，使其具有優異的耐溫和剛度強度性能。材料科學的進步使得未來發動機可能使用輕型耐熱材料，包括金屬間化合物以及金屬基複合材料（以金屬或合金為基體與纖維、晶須、顆粒等增強體組成的複合物）。
現役大渦扇發動機的渦輪葉片採用單晶生長製造，單晶具有可靠的機械性能、優異的疲勞強度和抗蠕變（高溫高應變環境下的塑性變形）能力。等軸晶體結構在各方向機械特性良好；定向晶體渦輪葉片在縱軸方向改進了機械特性；單晶體渦輪葉片縱軸方向具有優越的機械特性，並改善了耐熱性。
陶瓷材料的特點是堅硬、抗氧化和耐高溫，未來若其抗衝擊特性能夠獲得技術突破，將十分適合於製作高溫渦輪葉片。
渦輪葉片表面塗層技術
為了提高葉片所需的高溫蠕變強度和抗高溫氧化腐蝕性能，做法之一是借用表面塗層技術提供防護能力。目前常用的塗層有兩大類：擴散塗層和包覆塗層。擴散塗層典型成分是具有保護性的Al2O3、Cr2O或SiO2（數字都是下標）。包覆塗層的典型成分是MCrAlY，可用物理氣相沉積或等離子噴塗法製備。
有資料表明，蒸汽沉積的NiCoCrAlY複合塗層的抗氧化能力是單鋁化物塗層的1.5倍，真空等離子噴塗的NiCoCrAlY+（Si、Hf）塗層是它的5倍。Hf和Si能改善氧化鋁的附著力並延緩氧化皮的增厚。
陶瓷熱障塗層用作渦輪氣冷冷葉片的隔熱層，如氧化鋯塗層能使高溫合金表面溫度降低100~200攝氏度，若應用於第三代單晶合金並結合先進冷卻技術，可以降溫350攝氏度，從而可望使發動機的渦輪前溫度大大提高。
由電子束蒸發產生的氣相沉積陶瓷塗層（EB-PVD）可提供柱狀陶瓷結構。它比等離子噴塗的塗層在剝落壽命方面提高一個數量級。例如PWA142葉片採用物理蒸氣沉積法的PWA73塗層，提高葉片的耐腐能力和抗氧化能力，對拉伸、持久蠕變及高周疲勞性能水平不會產生有害影響。