航空发动机高温防护涂层技术发展现状与标准需求.pdf

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1、航空标准化与质量2013年第1期航空发动机高温防护涂层技术发展现状与标准需求常伟纪艳玲袁文明（北京航空材料研究院，北京100095）[摘要]结合高温防护需求–涂层材料和结构设计–涂层制备技术–涂层性能评价这一主线，探讨了国内外航空发动机热端部件常见高温防护涂层领域内相关标准的制修订现状，并结合航空发动机的发展趋势和科研生产的实际需求，提出了该领域内标准制修订工作的一些建议。[关键词]航空发动机；高温防护涂层；标准现状；展望[中图分类号]T–65[文献标识码]C[文章编号]1003–6660（2013）01–0010–0

2、4航空发动机是飞机的关键部件，是衡量飞机发1航空发动机高温防护涂层技术发展现状展水平的重要标志之一。随着航空发动机推重比的目前，航空发动机高温防护涂层主要应用于涡增加，航空发动机燃烧室、涡轮机和压气机等的温轮工作叶片、涡轮导向叶片和燃烧室内衬等部位的度大幅提升，尤其是涡轮进口温度几乎以每年15℃高温合金或其他高温结构材料的表面，常见的涂层的速度增加，即使采用先进的定向凝固高温合金和种类有金属抗氧化涂层、热障涂层、内腔涂层、环单晶高温合金作为涡轮叶片，并辅助以先进的冷却境障涂层等。高温防护涂层可以分为扩散型涂层、[2][

3、3]技术，也难以满足抗氧化、隔热、耐腐蚀等的实际包覆型涂层、热障涂层和环境障涂层4大类，常[2]要求。因此，高温防护涂层的研制就成为不容忽视见的涂层成分和制备方法见表1。的关键技术之一，可以为航空发动机热端部件提供表1所列的常见涂层反映了航空发动机高温防[1]必要的防护作用。护涂层的发展历程：铝化物涂层，改性铝化物涂高温防护涂层的研究距今已有数十年的历史，层、MCrAlY系列涂层（M为Co、Ni或者Co+Ni）目前国内外几乎所有现有型号和预研型号的航空发和热障涂层，还有后来出现的环境障涂层。其中动机都涂覆有某些种类的高

4、温防护涂层，且对涂层扩散型涂层和包覆型涂层主要起抗高温氧化的作的性能提出了越来越高的要求，使得高温防护涂层用，目前欧洲多采用改性铝化物涂层，美国则以事实上成为航空发动机不可或缺的组成部分。虽然表1航空发动机高温防护涂层的常见种类和制备方法[2]国内外航空发动机高温防护涂层的发展极其迅速，涂层很多企业在选材和结构设计、制备技术、性能检测扩散型涂层包覆型涂层热障涂层环境障涂层类型和评价方面制定了内部标准或规范，但是相关的行铝化物Si+莫来石业标准和国家标准却极其缺乏，已经不能满足高温常见改进型铝MCrAlYX涂粘结层和陶/

5、BSAS＋涂层涂层层瓷层体系BSAS/稀土防护涂层蓬勃发展的需求。目前国内多家科研单位化物涂层硅酸盐各自为战，缺乏统一的标准对研制和生产加以指导渗镀、料浆和规范，不利于航空发动机高温防护涂层相关技术包渗、固真空蒸发沉面层多采用等离子喷综合应用等的快速发展。制备渗、真空蒸积、低压等涂、电子束离子喷涂等方法发、扩散渗离子喷涂、为了更好地满足航空发动机高温防护涂层的发镀、化学气磁控溅射物理气相沉多种技术积展需求，制备出性能稳定的涂层，本文拟对其现状相沉积燃烧室加热和发展趋势进行分析，并着重分析该领域内现有标应用转子叶片、转子

6、叶片、筒体、转子燃烧室内衬准的情况，进而提出今后航空发动机高温防护涂层部位导向叶片导向叶片叶片、导向等部位叶片标准的制修订建议。[收稿日期]2012-07-17Feb.201310工作研究工作研究MCrAlY为主；热障涂层的粘结层则通常采用改性外标准主要参考了ISO标准和ASTM和AMS标准，铝化物涂层或者MCrAlY系列涂层，起到抗氧化和国内标准主要包括GB、GJB、HB和QJ标准。提高陶瓷面层与基体材料界面结合性能的作用，面2.1涂层规范和制备工艺标准层主要是ZrO2基陶瓷涂层，起到隔热和抗冲蚀、耐涂层规范指涂层的

7、成分和结构设计、涂层性能腐蚀的作用。要求方面的规范，主要包括：抗氧化金属合金涂层环境障涂层的出现主要是为了满足硅基非氧化的成分；热障涂层整体结构设计、各层结构设计和物陶瓷材料在航空发动机服役条件下的防护需求。底涂层成分设计；EBC涂层各层成分和结构设计；硅基非氧化物陶瓷材料在干燥气氛中，具有高达涂层的各项性能指标。1500℃以上的长期服役温度上限，被认为是极具发总的来说，为了满足更加苛刻的服役条件下的[3]展潜力的航空发动机用结构材料。在国外某些新高温防护需求，高温防护涂层逐渐向着多元化、多型航空发动机中，硅基非氧化物

8、陶瓷材料已经开始层化的方向发展，出现了多种新型改性涂层材料，被用作燃烧室内衬等部位的结构材料，预计未来更热障涂层更是出现了微叠层、双陶瓷层、双粘结层高推重比的航空发动机导向叶片上也将有较好的应结构等设计复杂、结构巧妙的涂层结构，而EBC涂[4]用前景。但是NASA等的研究表明，硅基非氧化层也已经发展至第三代。物陶瓷材料在高温水蒸汽