陶瓷涂层在航空发动机上的应用研究.pdf

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1、其他oTHERs陶瓷涂层在航空发动机上的应用研究StudyOnAppⅡcationofCeramicCoatingonAeI．oengine海军驻株洲地区航空军事代表室姚灿【摘要】海军用航空发动机工作环境相当恶劣，其热端部件极易受到腐蚀，在涡轮叶片喷涂陶瓷涂层可以有效解决这一问题。本文通过试验验证的方法，分析了陶瓷涂层的抗高温氧化、抗高温热腐蚀和抗热震性能，以及介绍了陶瓷涂层在航空发动机上的应用及发展前景。关键词：表面涂层涂覆技术航空发动机【ABSTRACT】Marineaviationengineworkenvi—ro衄entisVerybad，itsh

2、otendcomponentisex仃emelyeasytobecorroded，coatingcemmiccoatingintheturbinebladecane行ectiVelysolvethisprobl锄．T11eexp甜mentsshownlatthecer锄iccoatingbaspropertiesofhightem—peratureoxidationresist柚ce，resistancetohightempera—tIlrecorrosionandthe咖alshockperfbmance，andtheapplication蚰ddeVel

3、opmentprospectofcer锄iccoatinginaeroengineisi11仃oduced．Keywords：SurfhceprotectionCoatingtechnol-ogyAemengineDoI：10．16080／i．issnl671．833x．2015．S1．110海军用航空发动机工作环境相当恶劣，其热端部件极易受到腐蚀。腐蚀的一种情况是热端部件与环境中的氧发生化学反应生成氧化物，从而导致金属破坏的过程，即高温氧化。另一种腐蚀是由于燃烧介质中含有一定量的硫，硫燃烧后生成SO：，随后氧化成SO，，在低温下，SO，与水反应生成硫酸。

4、在高温下，SO，与燃烧介质中存在的NaCl和水结合形成硫酸钠。纯净的Na：SO。的熔点是884℃，如果还溶有其他盐，其熔点还会降低。当温度足够高时，Na2s0。呈液态沉积在金属表面上，对金属造成腐蚀，由此而导致的腐蚀即高温热腐蚀。高温氧化和高温热腐蚀均会导致工件过早失效破坏，严重限制了航空发动机的使用寿命和工作可靠性。针对涡轮叶片严重腐蚀的状况，为解决燃气轮机高温热腐蚀问题，急需研制一种防腐能力更强的涂层来延长涡轮叶片高温下的使用寿命，提高热效率，增强工作可靠性。陶瓷材料具有优越的耐高温、耐腐蚀、耐磨损和低导热性能，将陶瓷材料以涂层的形式覆盖在金属基体上，

5、形成覆盖型防护涂层，可以大大地提高涡轮叶片等110航空制造技术·2015年增刊s1热端部件的抗高温氧化、抗高温腐蚀以及抗热震性能，提高涡轮叶片的耐热温度。陶瓷涂层是以碳化物、氮化物、氧化物、硅化物、硼化物、金属陶瓷和其他无机物为原料，通过各种不同的方法将涂层涂覆在金属等基材表面而赋予基材以耐热、耐蚀、耐磨以及某些光电特性的一种涂层，主要起到高温防护作用“】。随着航空航天、电子等行业的迅猛发展，近半个世纪以来，陶瓷涂层正得到迅猛的发展。美国在20世纪90年代的陶瓷涂层应用的年增长率连续保持在12％以上，有的领域，诸如航空发动机，甚至可以高达25％。这表明，陶

6、瓷涂层作为一种新技术，在先进国家，正成为一种新兴产业。通过更多的研究发展，陶瓷涂层一定会得到更加广泛的应用口】。1陶瓷涂层抗高温氧化性分析为分析陶瓷涂层的抗高温氧化性能，采用试验方法进行分析，制作了试验样件。试样涂层结构采用双层结构，表层为以zr0：为主的陶瓷层，陶瓷与基体之间为NiCrAlY粘结层，粘结层起改善基体与陶瓷涂层物理相容性和抗氧化腐蚀的作用。采用电子束物理气相沉积(EB—PVD)‘31方法在合金基体上首先沉积厚度50斗m的NiCrAlY粘结层(成分见表1)，然后涂层经过了如下的中间处理：前真空热处理1050℃×(2—4)h_喷丸(强度0．3M

7、Pa)一后真空热处理1050℃×2h一轻度喷砂。然后，在经过中间处理的粘结层上采用EB—PVD方法沉积zrO：一8％Y：O，陶瓷顶层，陶瓷顶层的厚度为40—50斗m。表1粘结层材料的主要成分％成份NiCrAIY舍鼙基339l将原始试样(1#)、沉积了NiCrAlY涂层【4】的试样(2#)以及沉积了陶瓷涂层的试样(3#)分别放置在石英坩埚中，在1050℃的高温空气炉中保温100h后，经过测量，1#、2#和3#试样的增重分别为2．8mg，cm2、0．4mg／cm2和0．35mg，cm2，由此可以判断，NiCrAlY涂层大大提高了高温合金基体的抗氧化性能，而zr

8、O：陶瓷顶层对NiCrAlY粘结层的抗氧化性能没有明显的提高。通过