表面涂层技术在航空发动机中的应用.ppt

双辉等离子渗金属技术的基 本原理: 在使工件和源极分别产生所 谓双层辉光放电现象。辉光 放电所产生的氩离子轰击， 使源极溅射出合金元素并飞 向工件，而工件经离子轰击 被加热到高温。合金元素借 助于轰击吸附和扩散而渗入 工件表面，从而形成含有欲 渗合金元素的合金层。 双辉等离子表面合金化技术 与整体阻燃钛合金相比，表面阻燃钛合金具有 以下特点： 节约天然资源，节约贵重金属元素 表面合金成分可控 合金元素含量可以在大范围内变化 合金渗层厚度可以在大范围内变化 合金元素的品种数不受限制，很容易进行多元共渗 进行大面积处理 3.2燃烧室 陶瓷涂层是抗氧化涂层, 如我国某些涡喷系列发动机火焰筒壁内外表面、加力燃烧室的火焰稳定器、调节片和密封片等均涂有陶瓷涂层； 氧化锆涂层是隔热涂层, 如加力燃烧室后部工作温度高, 易产生热裂纹和烧蚀, 改进后的涡喷发动机在此部位的隔热屏上喷涂了氧化锆涂层后, 大大减少了此类故障的产生; Co~Cr~W 涂层是耐磨涂层, 涂在火焰筒外套后安装边挂火焰筒处, 提高了零件的使用寿命。 燃烧室表面涂层的目的：提高零件的抗氧化、耐热、耐磨和密封性能。 3.2燃烧室 还有个别的燃烧室零件采用了表面镀铬、镀镍、镀银、镀锌和涂漆或高温磁漆工艺。 3.3涡轮叶片 3.3涡轮叶片 铝化物扩散涂层 改性铝化物扩散涂层 包覆涂层 热障涂层 目前, 用于航空发动机涡轮工作叶片和导向器叶片的涂层工艺主要有四大类: 3.3涡轮叶片 采用化学热处理方法, 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5～40μm, 表面生成Al2O3 保护膜, 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。 铝化物扩散涂层 我国各型涡喷发动机的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。研究人员曾发现工作寿命超过700h 的叶片在渗铝层与基体界面上会生成有害的针状σ相。 因此, 渗铝层的厚度和使用寿命应适当控制。 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~Al 改性扩散 涂层。 我国在80 年代引进的法国全套专利技术生产的某型涡轴发动 机的导向器叶片采用Cr~Al 共渗防护涂层, 要求涂层厚度为 30～60μm, 实测值为40～53μm, 防护效果能满足使用要求。 改性铝化物扩散涂层 目前制备MCrAlY 包覆涂层的工艺方法有 物理气相沉积( 电子束物理气相沉积、磁控溅射、 真空电弧离子镀) 等离子喷涂( 低压等离子喷涂、氩屏蔽等离子喷涂)。 包覆涂层 包覆涂层是先进的高温防护涂层,其典型的成分为MCrAlY。包覆涂层的特点是成分兼顾了抗氧化腐蚀性和塑性, 因为它的塑性比扩散涂层好, 故厚度允许大些, 通常为100μm 左右。 某型涡喷发动机的IC6 合金Ⅱ级导向器叶片采用磁控溅射和真空电弧离子镀工艺制备NiCrAlYSi 和NiCoCrAlY 包覆涂层, 其中真空电弧离子镀NiCo~CrAlY 涂层已投入批量生产。 某型涡喷发动机DZ22 合金涡轮工作叶片采用的磁控溅射NiCrAlY 涂层, 某型涡轴发动机Ⅰ级涡轮工作叶片采用的低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa 六元素涂层都取得了良好的效果。 包覆涂层 热障涂层 热障涂层是复合性涂层, 其结构在各种涂层中最为复杂, 用MCrAlY 作为底层, 再在其上喷涂用Al2O3 或MgO 稳定化的ZrO2 作面层。 有资料报道, 涂覆0.127mm 隔热涂层后, 叶片金属温度降低189℃, 冷却气流减少50%。由于该涂层的陶瓷材料较脆, 目前只能用在导向器叶片上。 等离子喷涂的导热系数较低, 但易剥落。解决热喷涂工艺 存在问题的一种途径是采用微叠层热障涂层,用的是溶胶~凝胶 法, 将氧化钇稳定的氧化锆层(YSZ)与ZrSiO4 层交替涂覆形成 微叠层复合材料以代替较早的热障涂层。 其喷涂工艺主要有等离子喷涂及电子束气相沉积两种方法, 两者各有优势。 热障涂层 以前我国研制的热障涂层的降温效果仅达到80℃, 某型涡喷发动机Ⅰ级涡轮叶片的榫齿延伸曾发生断裂, 采用钴铬镍热喷耐磨涂层有效排除了这一故障。目前, 我国热障涂层使用的最高温度可达1 350℃。 3.4其他部件 尾喷管 涡轮盘 齿轮 其他表面工程技术： 激光熔敷 激光冲击强化 参考文献： 【1】彭秀云.航空发动机的表面涂层技术[J]. 航空制造技术，2007(1)：93-95. 【2】郝兵.李成