航空发动机涂层技术研究及进展

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1、航空发动机涂层技术研究及进展ResearchandDeVelopm蛐tinCoatingTechnologyofAeroen酉ne中国人民解放军5713工厂孙勇汉张斌陈礼顺孙勇汉中国人民解放军5713厂总工程师、高级工程师，主要从事航空发动机性能故障研究与实践。主持和参与的项目先后获得军队科技进步一等奖1次．军队科技进步三等奖4次。随着航空发动机技术不断发展和性能不断提高，涂层技术作为先进航空发动机必不可少的关键技术在发动机中应用越来越广泛，从低温端到高温端、从外部到内部，各种涂层发挥着防护、密封、抗磨、抗冲击、减震、隔热等作用，从而提高发动机工作温度，减少燃油消耗，提高发动机

2、84航空翻造技术·2013年第9期随着航空发动机技术不断发展和性能不断提高。涂层技术作为先进航空发动机必不可少的关键技术在发动机中应用越来越广泛。从低温端到高温端、从外部到内部，各种涂层发挥着防护、密封、抗磨、抗冲击、减震、隔热等作用，从而提高发动机工作温度，减少燃油消耗，提高发动机效率，延长热端部件使用寿命，保障发动机安全可靠的工作。效率，延长热端部件使用寿命，保障发动机安全可靠的工作。航空发动机涂层按其功能可分为4类：保护涂层、封严涂层、耐磨涂层、热障涂层。保护涂层(1)表面防护涂层。管路、附件、叶片、机匣、帽罩等发动机构件直接和大气接触，容易受到大气中水分、尘埃、盐、二氧

3、化硫的侵蚀，其不锈钢和钛合金材料的表面膜易发生局部腐蚀即点蚀。因此，必须在机件的表面涂覆表面防护涂层。如整流帽罩的防冰涂层，压气机整流叶片的无机盐铝涂层即wZL涂层，压气机叶片低温渗铝、涂罩层，压气机叶片榫头镀银、涂干膜润滑剂均属于表面防护涂层。表1列出了几种常用的保护涂层。(2)扩散涂层。涡轮叶片和燃烧室受到高温燃气冲刷，在热应力以及燃气中S和0元素的作用下发生化学反应，其晶界生成碳化物，造成贫铬区，在酸性物质作用下，材料表面沿晶面开裂，产生晶粒脱落即干腐蚀，经长期高温氧化形成氧化膜，氧化到一定程度之后，材料表面呈片状破裂或网状剥落，造成微损伤，受到微损伤的构件在振动作用下，

4、会产生微裂纹，微裂纹扩展可导致构件断裂。为防止恶劣条件下机件腐蚀现象的发生，采用扩散涂层，如铝化物扩散涂层及改性铝化物扩散涂层。铝化物扩散涂层。采用化学热表1保护涂层H06一107H管路天津灯塔涂料公司H()6一103H机匣上海涂料研究所H06一105H叶片上海涂料研究所WL—l涡轮叶片中航丁业北京航空材料研究院TYF一0l燃烧室中航工业西安航空发动机公司TWZ一叭机匣中航1二业北京航空材料研究院TWZ—07机匣中航工业南方航空动力机械公司TⅥ‘Z—ll燃气导管中航工业黎明航空发动机公司TWZ—12涡轮后机匣中航工业贵州航空发动机公司TⅥ?Z一06火焰筒安装边中航工业成都航空发

5、动机公司处理方法，如粉末包埋法、料浆法、气相法等，使叶片表层获得富铝层(Al的质量分数在30％以上)，厚度为5—40斗m，表面生成A1203保护膜，膜在破裂后有较好的自愈性，能满足涡轮叶片的防护要求，是一种工艺简单、费用低廉、工艺稳定的扩散涂层方法。我国各型涡喷发动机80％的涡轮导向器叶片都采用此法防护。但由于铝与基体材料中的镍形成NiAl金属间化合物，使渗铝层变脆，容易崩裂、剥落。为弥补渗铝层的以上不足，20世纪60年代末改性铝化物扩散涂层被开发出来，如Cr～Al、Si～Al、Ti～Al、Pt～Al、Pd—Al、Ti。Si。Al、NiCr。crAl等。其中性能最优的是Pt～A

6、l改性扩散涂层，si～Al共渗应用较广泛，如我国多种型号的发动机叶片均采用si．Al共渗涂层。用该工艺获得的涂层性能稳定，能满足使用要求，但涂层塑性较差，所以厚度不宜太大，实际控制在30恤m左右。NiC卜crAl共渗在俄罗斯A几，3l①发动机上被应用，但工艺比较复杂。封严涂层封严涂层又叫控隙涂层或密封涂层，用于气路密封处，以减少气体泄漏、降低油耗、增加喘振裕度、提高压气机和涡轮效率。封严装置的好坏直接影响发动机的功率、推力和效率。如涡轮外环(即叶尖径向间隙)的封严，按设计要求，叶尖间隙与叶片长度的比值每增加l％，涡轮效率损失就增加1％～3％。封严涂层应具有较好的表面质量(气孔数

7、量少且孔径≤1mm)和优良的耐磨损性、热稳定性、较小的摩擦系数以及良好的与基体材料的附着特性。理想的封严涂层应既有足够的强度抵抗外部颗粒及气体的冲蚀，又可被刮削，在叶片与涂层发生摩擦接触时，涂层被刮削而叶片尖端不磨损，涂层不脱落，同时缩小气路，封严间隙，减少气体漏泄，提高飞机发动机的工作效率等性能。封严涂层主要有以下4种：(1)有机涂层。工作温度低于230℃时，采用加填料的有机树脂涂料，所用基料有醇酸、沥青和环氧树脂，填料大多为滑石粉；高于230℃时，多采用有机硅树脂为基料，填料大多用石墨、