背面喷涂高辐射涂层的发动机防热材料电弧加热试验模拟方法

采用等离子电弧加热器双模型矩形湍流导管试验技术模拟了发动机内流热环境,对背面喷涂了

高辐射涂层的发动机防热材料进行了热防护性能考核。利用改进的试验件安装方法,在防热材料的背面提供

了开敞式的常温环境,使防热材料的高温背面能够对周围常温环境辐射散热,模拟了防热材料背面的换热环

境。采用K 型热电偶和单色红外测温仪测量了防热材料背面高辐射涂层的温度。根据以上两种不同测温方

式测量的温度曲线,得到了该背面喷涂的高辐射涂层材料的光谱发射率随温度的变化曲线。试验结果表明:背

面喷涂了高辐射涂层的材料背面温度比材料背面没有涂层的低了81. 1 K;当温度在1 103 ~1 153 K 时,该高辐

射涂层材料的光谱发射率着姿(姿=1. 6 滋m)为0. 89 ~0. 77,随温度升高,着姿呈下降趋势。

     

高温喷涂涂层的研究及应用

前言高温喷涂涂层,这里主要指火焰喷涂和等离子喷涂两种耐高温涂层。本文主要介绍1961年至1968年这类涂层的研究成果,包括战斗部防热涂层和燃烧室防热涂层。两种涂层都已正式获得使用,并起到了良好的防热作用。     

等离子喷涂隔热涂层

氧化、热腐蚀和热疲劳是航空发动机的燃烧室与涡轮部件失效的主要原因。为了延长部件的使用寿命,通常采用涂层的方法来提高材料的高温性能。涂层用于高温合金已有三十多年的历史,开始主要为扩散型涂层(例如包渗法、真空包渗法、料浆包渗法以及镀铬随后热浸涂所制备的涂层),近年来,随着等离子喷涂、爆炸喷涂及蒸镀薄膜技术的发展,高温涂层的制备方法,已由扩散法向覆盖法转移。使涂层的高温特性不断提高,从而使涡轮的进口温度     

高温低红外辐射表面材料研究进展

高温环境严重影响了军用飞机的红外隐身性能,开展高温低红外辐射表面材料研究成为当前军用飞机隐身研究的重要课题。针对当前高温环境对低红外辐射表面材料的性能要求,介绍了可用于高温环境使用的金属类表面材料、无机氧化物类表面材料和光子晶体类表面材料的研究和发展状况。目前低红外辐射材料在提高材料耐热性能和降低红外辐射率方面距离实际应用仍存在一定差距,涂层制备方法和高温作用对于涂层性能的影响还需要充分研究。有必要在理论基础、制备工艺、耐热性与辐射性的统筹协调等方面开展深入研究。     

三种热喷涂工艺制备NiCr/Cr_3C_2-BaF_2·CaF_2涂层的结构与性能

采用大气等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂三种热喷涂技术制备了NiCr／Cr3C2-BaF2·CaF2涂层,分析比较了涂层的显微组织、物相组成、孔隙率、硬度、结合强度及其摩擦学性能。结果表明,与大气等离子喷涂相比,超音速火焰喷涂和爆炸喷涂技术制备的涂层具有更高的致密度、硬度和结合强度。采用包覆法制备的粉末进行喷涂,碳化物失碳明显减少,涂层中氧化物含量低。三种NiCr／Cr3C2-BaF2·CaF2热喷涂涂层的摩擦系数都随着温度的升高而减小,爆炸喷涂和超音速火焰喷涂涂层的摩擦系数比等离子喷涂涂层的摩擦系数更低,耐磨性得到提高。高温下BaF2·CaF2润滑膜的形成均可有效降低三种涂层的摩擦系数,从而降低涂层和对磨球Si3N4的磨损率。     

航天材料及工艺研究所

正表面工程技术中心简介表面工程技术中心于1997年成立,隶属于航天材料及工艺研究所,是中国航天科技集团有限公司"表面工程工艺技术中心"副理事长单位,主要从事航天运载火箭、战略战术导弹、卫星、载人返回器及民用产业化等各类特种涂层材料的研制及工程应用工作。在热防护、热控、隐身等领域有着丰富的工程应用经验,具有涂层材料设计、研制、生产、涂装、分析、售后服务等一体化综合保障能力。表面工程技术中心面向型号产品需求,构建了材料设计与计算分析、材料研制、材料应用研究、材料试验考核等高度融合的研发模式;突破了高温长时间轻质防热涂层、结构/防热/频选一体化隐身材料、高效率温控材料、超低压等离子喷涂涂层四项关键技术;实现了产品性能稳定化、涂装机械化、涂层系列化。     

工艺动态

ＣＭ2 47ＬＣ超合金的耐高温腐蚀热障涂层　　德国的Ｉ .Ｇｕｒｒａｐｐａ对燃气涡轮发动机高温零件先喷涂耐腐蚀涂层 ,再喷涂氧化锆基热障涂层 ,以改善其抗氧化性和耐腐蚀性 ,延长零件寿命。在机械加工的直径 10ｍｍ、高 10ｍｍ的ＣＭ 2 4 7ＬＣ超合金试片上 ,用大气等离子喷涂制备各种成分的ＭＣｒＡｌＹ耐腐蚀涂层 ,再在该涂层上喷涂不同厚度的热障陶瓷涂层(8%Ｙ2 Ｏ3稳定的ＺｒＯ2 )。高温腐蚀试验在 90 0℃ ,90 %Ｎａ2 ＳＯ4 + 5%ＮａＣｌ+ 5%Ｖ2 Ｏ5的环境中进行 ,以得出涂层直至破坏的寿命。结果证明 ,热障涂层恶化是由于环境中的钒…     

真空等离子喷涂MCrAlY涂层的高温抗氧化性能研究

研究了几种真空等离子喷涂（ＶＰＳ）的ＭＣｒＡｌＹ涂层的高温抗氧化性能，结果表明，该工艺能制备抗氧化性能优异的ＭＣｒＡｌＹ涂层。     

喷枪空间行进速率对等离子喷涂Mo/8YSZ复合涂层温度场的影响

为了突破传统金属/陶瓷双层热防护涂层高温环境易剥离的技术瓶颈,研究喷枪空间行进速率变化对等离子喷涂Mo/8YSZ复合涂层时间域及空间域温度场分布的影响规律。利用ANSYS有限元分析软件,建立等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,考虑材料不同温度下的热物性参数和材料的相变潜热,通过分析不同喷枪空间行进速率下喷涂构件的温度与温度梯度发现:在喷涂过程的同一时刻,喷枪行进速率越大,单位长度内喷枪与构件相互作用的时间越少,构件的最大温度值越小,构件上表面温度分布的均匀性越高,构件的最大温度梯度值越小;先沉积的涂层对后沉积的涂层存在预热作用,基体的最大温度值呈"台阶式"升高的变化趋势;随着涂层厚度的增加,涂层的热阻增加,基体温度的波动幅度逐渐减小;通过调控各涂层的喷枪行进速率,可进一步减小构件的温度梯度,按照黏结层最大、过渡层次之、陶瓷层最小的顺序进行喷涂时,喷涂构件的温度梯度最小。     

高辐射涂层对刚性隔热瓦性能的影响

文摘由二硅化钼和玻璃料等组成制备了一种刚性隔热瓦表面使用的高辐射涂层,研究了高辐射涂层对刚性隔热瓦结构、力学性能、防水特性、辐射特性、辐射加热试验、风洞试验和深空碎片高速撞击试验的影响规律。结果表明:刚性隔热瓦表面高辐射涂层为致密梯度结构,表面平整,辐射系数大于0.85,防水效果好;高辐射涂层提高了材料的弯曲强度和肖氏硬度;厚度方向的拉伸强度因为涂层和基体的不匹配降低了近50%;石英灯辐射加热试验中,致密的高辐射涂层提高了表面黑度,吸收更多热量使表面温度升高,背面温度上升快。风洞试验中,高辐射涂层将气动加热辐射掉一部分,降低了表面温度从而使材料具有更低的背面温度;含高辐射涂层的刚性隔热瓦能经受典型空间碎片冲击,未产生致命性的破坏。     

热障涂层杨氏模量和泊松比的测试

为了降低航空发动机热端部件的温度,空气等离子喷涂已被广泛地应用。为确定热障涂层的残余应力、结合力、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率等性能和特性,需要知道其杨氏模量和泊松比。因为涂层厚度非常薄且使用时是结合在基体上的,所以需要一个能够在原处测量涂层的杨氏模量和泊松比的方法。采用等离子喷涂工艺在GH150高温合金上喷涂了MCrAIY和陶瓷层,利用一种改进的悬臂梁方法测量了热障涂层的杨氏模量和泊松比。这种无损测试方法为测定其他薄膜材料的杨氏模量和泊松比提供了借鉴。     

等离子喷涂法纳米结构WC-Co涂层的制备与性能

研究了等离子喷涂法纳米结构WC-Co涂层的制备工艺及其性能.使用"雾化干燥结合固定床技术"合成WC-12Co纳米复合粉体,通过构造成适宜的纳米结构喂料,在不同的等离子热喷涂条件下制备出各种涂层,初步确定了制备纳米结构涂层的最佳喷涂工艺参数及条件.     

等离子喷涂LaTi2Al9O19热障涂层的微观组织结构及热物理性能

 第一代热障涂层(TBCs)由氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷隔热层和金属粘结层组成,该涂层长期使用温度低于1 200℃。随着先进航空发动机向着高推重比发展,迫切要求发展新一代超高温、高隔热热障涂层材料。LaTi₂Al₉O₁₉(LTA)在1 500℃长期保持相稳定,是一种非常有前景的超高温热障涂层候选材料。本文采用大气等离子喷涂(APS)制备了LTA涂层,研究了喷涂工艺对涂层微观组织结构和热物理性能的影响。结果表明沉积态涂层中含少量的非晶态,在860℃和1 130℃出现晶化峰。等离子喷涂过程中La₂O₃挥发量较多,导致沉积态涂层中La元素与原始粉末相比含量偏低,而其他组分的化学成分随喷涂功率变化不大。LTA涂层的热扩散系数在1 400℃下为0.3~0.4 mm²·s^-1,热导率为1.1~1.6 W·m^-1·K^-1。1 050℃经过20小时热处理后,得到晶化的涂层在晶化温度范围内的热扩散系数和热导率值均增大。随着喷涂功率减小,涂层孔隙率增加,热导率减小。     

镍铝氮化硼封严涂层喷涂工艺研究

以镍铝包氮化硼粉末为喷涂材料,采用大气等离子喷涂工艺制备高温封严涂层,以扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等方法分析、观察了涂层的组织及结构,测试了涂层的结合强度和表面洛氏硬度。结果表明:涂层呈典型的层状结构,由镍铝金属化合物、氮化硼多相组成,涂层与基体结合强度为10.57MPa,涂层表面洛氏硬度为74.8(HR15Y),涂层抗热震性能良好。     

新型耐烧蚀涂层防隔热性能

介绍了一种新型发动机用外防热材料,该防热材料在短时间高热流的条件下,通过电弧风洞试验 考核,试样的背壁温度可降低至144℃,相较于无涂层试样,背温的降温幅度高于300℃。0. 5 mm 厚涂层与0. 8 mm 厚涂层相比,试样背温并无明显优势。且室温固化涂层比高温固化涂层试样背壁温度低30℃,均低于 234℃,均满足设计指标要求的背壁温度低于350℃的使用需求。     

长寿命热障涂层的剥落机理及抗剥落结构设计

涂覆于高温合金热端部件表面的热障涂层,具有隔热防护作用,属新一代燃气轮机的关键核心技术。等离子喷涂制备的热障涂层隔热性能好,但长时间高温服役后存在开裂剥落问题,引发基体烧蚀、造成巨大经济损失。因此,发展长寿命热障涂层是该技术领域的重大难题。本文从等离子喷涂热障涂层的独特层状结构特征入手,阐述涂层在高温服役中结构和性能的演变规律,揭示涂层剥落失效机理,总结长寿命热障涂层设计方法。研究表明,等离子喷涂热障涂层呈现以连通2D孔隙为主的层状多孔结构,具有优异的隔热功能和协调应变能力。然而,涂层在高温服役中发生烧结,2D孔隙大量消失,涂层显著刚化,使热障涂层开裂驱动力急剧增加,引发微观裂纹扩展并贯通形成大尺度裂纹,导致涂层最终剥落失效。据此,分别从降低开裂驱动力和增加开裂阻力两方面着手,总结抗开裂新结构涂层设计方法,为研发长寿命热障涂层指明了发展方向。在未来研究中,如何保证涂层高隔热和长寿命并同时兼顾经济性,是发展新一代高性能热障涂层的重点方向。     

等离子喷涂纳米陶瓷热障涂层组织与性能

采用纳米陶瓷粒子团聚体粉末等离子喷涂制备纳米陶瓷热障涂层,研究了纳米陶瓷热障涂层的组织和性能.试验表明,采用纳米结构的陶瓷涂层有利于增加热障涂层的高温使用寿命.     

K3冷喷涂与等离子喷涂和超声速火焰喷涂的区别

<正>等离子喷涂设备及工艺是采用等离子弧发生器(喷枪)将通入喷嘴内的气体(常用氩气、氮气和氢气等)加热和电离,形成高温高速等离子射流,熔化和雾化金属或非金属喷粉,并使其以高速喷射到经预处理的工件表面上形成涂层的方法。超声速火焰喷涂是应用火箭发动机的原理获得温度较低(3400K)、但速度却很高的喷涂燃流。其突出的贡献是大幅度提高了涂层的结合强度、密度、硬度,同时降低了涂层中的氧化物含量,使涂层较等离子喷涂更加纯净。此外,超声     

CeO_2含量对Nd_2Ce_xO_(3+2x)热障涂层性能的影响

采用高温固相法合成了Nd2CexO3+2x(x=2.0,2.25,2.5,2.75,3.0)复合氧化物,在高温合金基体上采用等离子喷涂制备了该材料热障涂层.XRD分析结果表明Nd2CexO3+2x粉末和涂层均为立方萤石晶体结构.考察了CeO2含量对Nd2CexO3+2x的力学性能(弹性模量、维氏硬度和断裂韧性)和等离子喷涂涂层在1250℃抗热震性能的影响.随着CeO2含量增加,材料的弹性模量降低,维氏硬度和断裂韧性提高.通过提高初始粉末中CeO2的含量,获得了组成接近化学计量比Nd2Ce2O7的涂层,涂层的抗热震性能增强,热循环次数达到1000次以上.Nd2CexO3+2x涂层的失效原因主要是:与金属基体之间热膨胀系数不匹配、粘结层氧化和涂层烧结.     

二站召开热喷涂技术交流会

航空工业部第二技术交流站于一九八二年十月中旬在成都五七○一厂召开热喷涂技术交流会。到会的有站属厂、所及空、海军修理厂26个。由于热喷涂技术(电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂及爆炸喷涂)具有许多优点,近年来已在航空发动机制造业及修理业得到较为广泛的应用。各厂先后已成功地用作耐磨涂层、高温耐腐蚀涂层、封严涂层、隔热涂层、热处理保护涂层及尺寸修复涂层等。喷涂材料的种类已从单一材料发展为喷涂复合材料。