未来航空发动机热障涂层材料及制备技术_郭双全.pdf

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1、第４１卷第５期２０１２年１０月表面技术Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１２ＳＵＲＦＡＣＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ１１９檵檵檵檵檵檵檵檵殝殝檵檵综述·专论檵檵殝殝檵檵檵檵檵檵檵檵未来航空发动机热障涂层材料及制备技术郭双全，冯云彪，何勇，付俊波（成都航利（集团）实业有限公司，成都６１００４１）［摘要］概述了未来航空发动机热障涂层最有前景的新材料、结构和制备工艺。新材料主要有改进型氧化钇稳定的氧化锆、Ａ２Ｂ２Ｏ７型材料；新结构主要有双陶瓷层；新工艺主要为制备含垂直裂纹的热障涂层的改进大气等离子体喷涂、等离子喷涂－物理气相沉积、悬浮液等离子喷涂、电子束直接气相沉积。这些相互结合，

2、必将促进高性能热障涂层的快速发展和应用，使其在未来航空发动机中发挥重要作用。［关键词］热障涂层；航空发动机；等离子体喷涂；电子束物理气相沉积［中图分类号］ＴＧ１７４．４４［文献标识码］Ａ［文章编号］１００１－３６６０（２０１２）０５－０１１９－０５ＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＴｈｅｒｍａｌＢａｒｒｉｅｒＣｏａｔｉｎｇｓｆｏｒＦｕｔｕｒｅＡｅｒｏｅｎｇｉｎｅｓＧＵＯＳｈｕａｎｇ－ｑｕａｎ，ＦＥＮＧＹｕｎ－ｂｉａｏ，ＨＥＹｏｎｇ，ＦＵＪｕｎ－ｂｏ（ＣｈｅｎｇｄｕＨｏｌｙ（Ｇｒｏｕｐ）ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ

3、６１００４１，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｎｅｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｎｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｆｏｒｆｕｔｕｒｅａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄｙｔｔｒｉａｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｚｉｒｃｏｎｉａｓ（ＹＳＺ），Ａ２Ｂ２Ｏ７ａｒｅｔｈｅｍａｉｎｎｅｗｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅｍａｉｎｎｅｗｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅｉｓｄｏｕｂｌｅｃｅｒａｍｉｃｌａｙｅｒＴＢＣ．Ｍａｉｎｎｅｗｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎｃｌｕｄｅｄｅｎｓｅｖｅｒｔｉｃａｌｌｙｃｒａｃｋｅｄａｔ

4、ｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇ，ｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｓｏｌｕｔｉｏｎｐｒｅｃｕｒｓｏｒｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｄｉｒｅｃｔｅｄｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＴｈｅｓｅｗｉｌｌｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＴＢＣａｎｄｍａｋｅｉｔｐｌａｙａｓｔｒｏｎｇｒｏｌｅｉｎｆｕｔｕｒｅａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｓ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇ；ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ；ｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｐｈｙ

5、ｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ美国、欧洲以及我国的航空发动机推进计划中，均层材料研制、结构设计和制备技术三个方面，简述了航把热障涂层技术与高温结构材料、高效叶片冷却技术空发动机先进热障涂层的最新发展现状。并列为高性能航空发动机高压涡轮叶片三大关键技术，热障涂层材料及其制备技术成为了未来航空发动１新型热障涂层材料［１］机发展的关键技术之一。随着军用航空发动机的快速发展，涡轮发动机的推重比越来越高，涡轮前进口温由于传统ＹＳＺ的使用温度在１２００℃以下，严重度（ＴｕｒｂｉｎｅＩｎｌｅｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＴＩＴ）也越来越高。制约了热障涂层的应用，已经不能满足未

6、来军用航空比如，国外新型军用航空发动机的ＴＩＴ已达１５３８～发动机的应用要求，发展新型的热障涂层材料是必然［３］１８７１℃，设计推重比为１５～２０的发动机的ＴＩＴ将达趋势。目前，新型热障涂层材料的研究热点主要有［２］两个方向：一是改进型ＹＳＺ，二是稀土锆酸盐类材料到２０７７℃以上。而目前广泛应用的氧化钇稳定的［４］氧化锆６％～８％Ｙ２Ｏ３－ＺｒＯ２（ＹＳＺ，文中未作说明的百Ａ２Ｂ２Ｏ７。分数均为质量分数）热障涂层使用温度低于１２００℃，１．１改进型ＹＳＺ隔热效果最高只有１７０℃。为了满足未来先进航空发改进型ＹＳＺ，即在现有ＹＳＺ热障涂层材料中掺杂动机对热障涂层更苛刻的

7、性能要求，各种关于热障涂氧化物，通过多元改性、纳米技术和稳定相结构来提高层的新材料和新工艺得到了快速发展。笔者从热障涂ＺｒＯ２类热障涂层的使用温度，目前较典型的有二元氧［收稿日期］２０１２－０５－２１；［修回日期］２０１２－０６－２７［作者简介］郭双全（１９８１－），男，四川眉山人，博士，工程师，主要研究方向为热喷涂与焊接技术。１２０郭双全等未来航空发动机热障涂层材料及制备技术［５］［１７］化物（如ＺｒＯ２－Ｄｙ２Ｏ３）、三元氧化物（如ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３－构完整。热循环试验表明，ＤＣＬ热障涂层的性能明［６］Ｎｂ２Ｏ５）、四元氧化物（如ＺｒＯ２－Ｇｄ２