航空發動機號稱現代工業“皇冠上的明珠”，而高溫合金的渦輪盤則被稱為飛機發動機中最核心的部件。目前，在先進的航空發動機中，高溫合金用量所占比例已高達80%左右。所以，高溫合金材料也被譽為“先進發動機基石”。憑借霍尼韋爾在航空高溫合金材料方面的多年積累，其豐富的高溫合金材料寶庫為汽車行業的應用提供多種可能。
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高溫合金最先是由英美國家在二戰爆發前開始研發的。英國早期研制了Ni3(Al,Ti)強化的Nimonic80系列合金，用作渦輪噴氣發動機渦輪葉片材料。歸納起來，高溫合金按其物理特性大致分為三類：
高強度型如MM247,MM246In100, MM002
耐腐蝕型：in738，in792,Rene80
低密度型：In713

美國則開發了含鋁、鈦的彌散強化型鎳基合金，也是最普遍的合金材料。如普惠公司、GE公司和特殊金屬公司分別開發出的Inconel、Mar-M和 Udmit等合金系列。

近年，隨著定向凝固、單晶生長、粉末冶金、機械合金化、陶瓷型芯、等溫鍛造等新型工藝的研究成功，推動了高溫合金的迅猛發展。其中定向凝固技術最為突出，采用定向凝固工藝制出的定向、單晶合金，其使用溫度可接近初熔點的90%。目前第四代單晶高溫合金使用溫度已經達到約1100℃。

渦輪高溫合金材料演化

在高溫考驗面前，值得一提的是一位輕量級的后起之秀——耐高溫能力在650℃-750℃的鈦鋁合金Ti-48Al-2Cr-2Nb。鈦鋁合金最大的優點是輕巧，僅僅制造了一款發動機的最后兩級低壓渦輪葉片，就使得單臺發動機減重約200磅，節油20%，氮化物排放量減少80%，噪音顯著降低。2007年用于波音787飛機并試飛成功，2009年正式投入商業運營，成為當時航空與材料領域轟動性的進展。而這一材料也已經應用到汽車渦輪增壓發動機的葉片上，顯著地提高了汽車發動機的低速扭矩及加速性能。

雖然從性能表現上能夠替代鎳基高溫合金，但目前，阻礙鈦鋁合金普遍應用于汽車工業的最主要原因還是成本過高。隨著汽車行業對排放要求越來越高，排放溫度從900度提高到1050度及以上，將會有更多的航空高溫合金材料應用到汽車渦輪增壓器。

壓輪應用：全能選手“王牌合金”與親民“老司機”
鈦合金和鋁合金可以說是大家耳熟能詳的合金材料，在日常生活中被廣泛采用。前者的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業中的王牌合金，在苛刻的應用條件下表現出高可靠性，比如在假肢、心臟支架的材料等生物醫療領域，鈦合金被廣泛使用，也大量應用在航空發動機上。

鈦合金的應用在汽車行業也越來越受到重視，例如，在超重型的卡車及礦山機械作業車中已有大量鈦合金壓輪在運用。

另外值得注意的是，有的手機、眼鏡廠商為了提高產品檔次、宣稱其外殼采用了“鈦合金”，這時建議睜大“鈦合金X眼”, 不要被它的表親“鋁合金”蒙蔽。
壓輪

相對于鈦合金的成本，鋁合金則是一個更親民的選擇。它是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，其比強度高在航空領域中已大量應用。比如，AL2618鋁板可用于形狀復雜的自由鍛件與模鍛件，還可用于工作溫度250~300攝氏度的航天航空器零件，比如飛機蒙皮、航空器發動機活塞、導風輪、輪盤等。隨著汽車對渦輪增壓器可靠性要求的提高，對工藝要求更為精細，傳統的葉輪鑄造技術已經被五軸機加工技術取代，葉輪的材料正是來自于航空鋁合金材料。

軸承：能磨耐轉真漢紙，氣浮永壽高精尖
除了渦輪壓輪材料，增壓器的另一個核心部件——軸承，對材料也提出了嚴峻挑戰。

軸承作為各種機械運動的支撐，其工作環境可能是超高溫，超低溫，強腐蝕，也可能是強沖擊，超高速，強磨損等等。在所有球軸承中，航空發動機的主軸軸承是對高溫，高速性能要求是最高的，能承載每分鐘30萬轉的高轉速。熱等靜壓的氮化硅陶瓷材料為工作溫度高于550攝氏度帶來希望。目前，陶瓷材料的滾珠軸承已成功的應用在霍尼韋爾的汽車渦輪增壓器上。

球軸承

另一個更加顛覆性的設計就是空氣軸承，又稱為氣浮軸承。它指的是用氣體（通常是空氣，但也有可能是其它氣體）而非潤滑油，作為潤滑劑的滑動軸承。

氣比油粘滯性小，耐高溫，無污染，因而可用于高速機器、儀器及放射性裝置中。目前，霍尼韋爾已經成功地將航空的空氣軸承技術引入到新能源車（氫燃料電池技術）的電子增壓器中，完全避免了任何機油或油脂對燃料電池的腐蝕。

以下是空氣軸承的顯著優點：
軸承內部沒有任何金屬與金屬之間的接觸，如果供給的空氣清潔、且沒有油和水，將確保實際上無限的壽命
空氣軸承會從軸承尾部不斷排除空氣，這就形成了阻礙外部有害污染物（如：原料碎片、或者切割液）進入的天然屏障
空氣軸承提供極高的徑向和軸向旋轉精度。由于沒有機械接觸，磨損程度降到了最低，從而確保精度始終保持穩定。
空氣軸承內部的低剪切力，能夠在提供極高轉速的同時，將動力損失降到最低，并使產生的熱量非常小。轉速可以超過300,000轉/分鐘
空氣軸承能夠支撐很大的負載，所以使得它們能夠被應用于很多行業的機械工具中。
空氣主軸運行時，只產生最小幅度的振動和可聞噪音。典型的平衡標準：G0.4或者更高

空氣軸承實物及示意圖

欲了解更多空氣軸承和電動增壓器的設計詳情，請看本期二條推送。
高溫保護涂層——多重防護不能省
盡管高溫合金耐得住真火考驗，但在高溫環境介質作用下，結構材料通常發生高溫氧化和腐蝕現象，使得工件的有效截面積減少，并易出現裂紋源，最終造成機器零件在工作狀態早期破壞。因此，為防護高溫合金結構材料的安全應用，減輕和消除氧化、腐蝕的有害影響，一般均要求進行表面涂層防護。而高推重比發動機也對高溫合金提出了新的挑戰。推重比10發動機渦輪前溫度已達1650℃，超過鎳基合金的熔點，而目前較多的高溫合金使用溫度普遍達到1000℃左右，沒有防護涂層或隔熱涂層是不能應用的。
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高溫合金防護涂層至今已由第一代固體包埋滲鋁發展到第二代二元或多元共滲，其中Pt-Al涂層最有名。70年代美國研制出第三代MCrAlY（M＝Ni、Fe、Co）涂層。截止20世紀末，第四代隔熱（熱障）涂層研制成功并已開始得到廣泛應用，熱障涂層的隔熱作用，可使金屬基體表面溫度降低200℃左右，即可使渦輪葉片相應提高其使用溫度，從而大大提高發動機的推力或推重比。同時，在氧化物涂層與合金基體之間的MCrAlY結合層，可以滿足使用部件抗高溫腐蝕性能要求和壽命要求。目前，正在有多種嘗試在渦輪增壓器上使用高溫合金防護涂層，并在努力使之降到汽車廠商可接受的成本范圍。

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