定向凝固高溫合金是一種通過特殊的定向凝固工藝制備的先進鑄造高溫合金，核心原理是在金屬或合金從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中，通過精確控制熱量提取的方向，強制晶體沿著與熱流相反的方向、按照預先設(shè)定的結(jié)晶取向進行生長。這種工藝形成了晶粒平行排列的柱狀晶組織，其最高形式是完全消除晶界的單晶。定向凝固高溫合金通常以鎳基、鈷基或鐵基為基體，通過添加鋁、鈦、鎢、鉬、錸、鉭等多種高熔點合金元素來強化，制備過程依賴于集真空熔煉與定向結(jié)晶功能于一體的真空定向凝固爐，需要精密控制凝固速率（通常為0.1-5mm/min）和溫度梯度。
定向凝固技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用始于20世紀60年代，經(jīng)過高速凝固法、液態(tài)金屬冷卻法、高溫度梯度定向凝固、激光增材制造等幾代工藝發(fā)展，其核心追求是獲得更高、更穩(wěn)定的溫度梯度。
定向凝固高溫合金產(chǎn)品特性優(yōu)異，具有卓越的高溫力學性能、顯著的承溫能力、優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特性與設(shè)計靈活性。定向凝固高溫合金采用定向凝固技術(shù)，能夠使材料的抗高溫蠕變和抗疲勞能力得到提升；通過優(yōu)化組織，定向凝固合金能將使用溫度提升至其熔點的約90%；適合制造具有復雜內(nèi)腔的薄壁空心構(gòu)件。定向凝固高溫合金由于優(yōu)異的性能，其制品適用于極端環(huán)境下服役，主要用于航空發(fā)動機和燃氣輪機。
新思界產(chǎn)業(yè)研究中心整理發(fā)布《
2026-2030年全球及中國定向凝固高溫合金行業(yè)研究及十五五規(guī)劃分析報告》顯示，近年來，受到航空發(fā)動機與工業(yè)燃氣輪機國家科技重大項目、國產(chǎn)大飛機等國家戰(zhàn)略的影響，中國定向凝固高溫合金市場需求持續(xù)增長，其中航空航天是主要需求領(lǐng)域。在航空發(fā)動機中，渦輪工作葉片、導向葉片等產(chǎn)品是定向凝固高溫合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域，是提升發(fā)動機推重比和燃油效率的關(guān)鍵；在航天領(lǐng)域，定向凝固高溫合金可用于火箭發(fā)動機渦輪泵葉片，需承受極端的高速氣流沖刷和熱負荷。在燃氣輪機領(lǐng)域，定向凝固高溫合金可用于燃氣輪機葉片，使渦輪前溫度可達1600℃級別。在核電領(lǐng)域，釷基熔鹽堆等關(guān)鍵高溫部件也需要定向凝固高溫合金。
定向凝固高溫合金產(chǎn)品具有較高的技術(shù)壁壘，定向凝固涉及冶金學、熱力學、精密鑄造和自動化控制的深度結(jié)合，缺陷控制難度高。另外，錸、釕、鈷等戰(zhàn)略金屬資源制約會構(gòu)成一定的供應(yīng)鏈風險。
整體來看，定向凝固高溫合金作為高端金屬材料，其發(fā)展水平是國家航空航天和能源動力產(chǎn)業(yè)競爭力的直接體現(xiàn)。中國定向凝固高溫合金產(chǎn)品在政策支持、市場需求等多重因素推動下市場在今后幾年將會持續(xù)增長。
關(guān)鍵字：
