发动机封严涂层的研究进展

本文介绍了航空发动机封严涂层的研究现状和发展方向，重点介绍了热喷涂封严涂层和高温陶瓷基封严涂层的研究进展以及封严涂层的研究方法。     

新型多组元复合粉末等离子喷涂工艺研究

多组元复合粉末制备的可磨耗封严涂层在先进航空发动机中已经广泛应用。本文对新型多组元粉末制备可磨耗封严涂层的工艺进行了实验设计(DOE),结果表明等离子喷涂时的氩气流量和氢气流量对封严涂层硬度值影响最大,经过优化后涂层的硬度可达到5.4～5.5mm的压痕直径,满足先进航空发动机封严涂层维修要求。     

等离子喷涂三项成果通过鉴定

等离子喷涂三项成果通过鉴定北京航空工艺研究所研制的真空等离子喷涂设备、加力燃烧室热障涂层和涡轮外环复合封严涂层，通过技术鉴定。真空等离子喷涂设备采取引进同自行开发相结合方式，其性能价格比优异，节省大量外汇。自行研制的真空系统性能先进，过滤器过滤效率高...     

飞机发动机封严涂层的研究

采用正交设计实验方法对 BH封严涂层的组成进行了优选,并对涂层的固化工艺进行了优选,确定了 BH封严涂层的最佳组成和固化工艺。BH封严涂层的外观均匀细致、气孔数量少,且孔径小。涂层的耐冷热循环性能比目前使用的封严涂层提高了 4倍以上,可耐 3 8次冷热循环,且涂层的固化工艺比较简便。研究发现 :BH封严涂层满足了 3 0 0℃条件下热稳定性的要求;石墨填料有利于改善涂层的附着性能;涂层的硬度主要取决于石棉、ZL填料的含量;封严涂层的耐冷热循环性能主要取决于涂层与基体热膨胀系数的差异     

封严环配合止口等离子喷涂再制造工艺

针对航空发动机大修过程中发现的封严环与低压涡轮第1级盘配合止口严重磨损问题，对封严环基体GH38合金等离 子喷涂镍铬铁钼涂层后进行外观检查，开展弯曲性能检查、金相组织检查和拉伸结合强度检查试验，并对封严环基体最大去除量 进行强度分析、封严环再制造工艺方法分析和封严环再制造零件几何参数对比分析，对修复合格的封严环进行长试试车考核验 证。结果表明：修复后的封严环配合止口直径、跳动、粗糙度、同心度符合设计要求，不平衡量符合设计要求，试车后在封严环配合 止口处镍铬铁钼涂层无脱落、无掉块，涂层状态及检查结果均完好；封严环采用等离子喷涂镍铬铁钼涂层修复配合止口喷涂工艺 稳定；封严环配合止口车削加工参数选择正确；加工工艺方法稳定。     

超声速喷涂Al2O3陶瓷涂层工艺研究

通过对超声速热喷涂工艺过程的论述,介绍了在某型航空发动机的零件封严齿上喷涂Al2O3陶瓷涂层的工艺方法,以及涂层金相试样的制备和涂层评定方法.     

封严涂层的性能评价及研究进展

封严涂层系统可以改善飞机燃气涡轮发动机中旋转部件和固定部件之间的密封性,已成为提高发动机工作效率．延长发动机服役寿命的主要方法之一。本文阐述了目前封严涂层的应用及性能评价的研究进展．描述了未来封严涂层的发展趋势。     

多齿轮缘封严特性的实验

使用气体体积分数法得到了多齿轮缘封严的封严效率分布，获得封严效率随无量纲封严流量变化规律，最终拟合得出实验工况下的最小封严流量计算关联式（实验中主流雷诺数为1.42×105~3.20×105,旋转雷诺数为5.27×105~1.36×106）.通过对二氧化碳体积分数的测量结果表明:在盘腔内部高半径处封严效率较低，而低半径处封严效率一直处于较高的水平；封严效率随封严流量的变化与Owen封严效率方程有较好符合度，说明可以用封严效率方程对多齿轮缘封严进行预测，实验结果进一步扩展了其应用范围.      

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。     

NiCrAl-NiC封严涂层在硫氯酸盐中的热腐蚀行为

为探究NiCrAl-NiC封严涂层在高温熔盐环境下的腐蚀行为,使用大气等离子喷涂技术制备NiCrAl-NiC封严涂层。通过测量NiCrAl-NiC封严涂层的失重情况研究涂层的动力学变化,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、激光共聚焦显微镜等方法,探讨NiCrAl-NiC封严涂层在650℃下混合硫氯酸盐(75%Na₂SO₄+25%NaCl)中的热腐蚀行为。结果表明：在进行10 h的热腐蚀实验后,NiCrAl-NiC封严涂层呈现出快速增重状态,增重速率为32.041 mg₂·cm^-4·h^-1。在进行20 h的热腐蚀实验后,涂层由于表面氧化膜的脱落而发生减重现象。在热腐蚀进行了30 h后,涂层表面膜的生长覆盖了整个涂层,涂层表面形貌均匀,表面孔隙减少,可以对基体起到很好的保护作用。在完整的氧化膜的保护作用下,进行了40 h热腐蚀实验的NiCrAl-NiC封严涂层的质量变化速率为0.064 mg²·cm^-4·h^-1<...     

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。     

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.     

激光重熔WC复合陶瓷涂层组织及耐腐蚀性能

在45号钢表面,制备了WC/Co-NiCrAl等离子喷涂涂层(TC-1)和WC/Co-NiCrAl/laser-remelting激光直接重熔等离子喷涂陶瓷涂层(TC-2)。以纳米SiC粉末为填料,对等离子喷涂层TC-1进行了填料下的激光重熔,制备了纳米SiC改性的WC/Co-NiCrAl/nano-SiC复合陶瓷涂层(TC-3)。采用X射线衍射、扫描电镜对三种涂层微观组织进行了分析,同时对陶瓷涂层的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,TC-1涂层由WC,W2C,W6C2.54,W,Co,CoO组成;TC-2重熔涂层由WC,W2C,CoO及W组成;纳米改性后的重熔涂层TC-3由SiC,Si2W,WC,W及CoO组成。在激光作用下,原等离子喷涂层WC/Co的片层状组织得以消除。与TC-1涂层相比,TC-2及TC-3陶瓷涂层致密化程度明显提高,涂层耐腐蚀性能也得到了明显的改善。     

高压涡轮封严流与主流相互作用的机理研究

为探究高压涡轮轮毂封严流与主流相互作用的机理，借助经过实验校核的数值模拟方法，详细分析了封严流对主流端区二次流结构的影响以及封严流与主流的相互作用过程。研究发现：一方面，主流从叶片前缘位置侵入封严结构内部，在封严出口处形成封严回流涡，并在封严结构内部诱导出一个反向涡，这两个涡直接影响封严结构的封严效率；另一方面，封严出口处封严回流涡与叶片通道内的马蹄涡压力面分支在流向上旋转方向一致，互相融合并增强通道涡强度。封严结构决定了封严回流涡流出的位置和速度方向，直接影响封严回流涡与马蹄涡压力面分支的相互作用过程，从而决定了损失的大小。研究还发现，当封严流和主流在封严出口交界面上流量相当且存在一定的周向速度差时，封严出口会发生Kelvin-Helmholtz不稳定现象。此时伴随大量边界层低能流体进入封严结构内，封严流周向速度减小，马蹄涡的压力面分支和封严回流涡随之减弱，继而使端区二次流损失减小。     

高压涡轮外气路封严技术研究

介绍了发动机高压涡轮外气路封严结构设计思路及相应的试验结果。试车证明：结构设计合理，封严涂层抗剥落性能良好，可磨耗性比原陶瓷封严涂层有所提高，可满足高压涡轮外气路封严技术要求。     

基于热喷涂技术制备的热障涂层

着眼于热喷涂技术在热障涂层制备方面的研究现状,在分析热障涂层失效原因的基础上,介绍了等离子喷涂技术及冷喷涂技术和在热障涂层结合层和陶瓷层制备方面的研究进展。     

涡轮盘轮缘封严结构参数对封严效率影响的实验研究

在航空发动机涡轮部件中,封严环的设计对涡轮盘腔的冷却封严有着至关重要的作用。使用CO_2浓度测量法针对静盘双齿动盘单齿封严环的结构参数(齿高和齿间距)变化对封严效率的影响进行了实验研究,目的在于获得封严结构的封严效率和最小封严流量的变化规律。实验在主流雷诺数Re_w=4.39×10~5,旋转雷诺数7.51×10~5Re_?1.30×10~6的范围内,测量了不同封严流量下的封严效率,以及不同结构参数下各工况的最小封严流量。结果表明:封严效率随封严流量和旋转雷诺数的增加而增加;最小封严流量随着齿间距的增大和齿高的减小而增大,G_c平均每增加7.5×10~(-4),所需的最小封严流量会增加8.0%,G_(ov)平均每增加1.12×10~(-3),可使最小封严流量减少4.7%,同时旋转雷诺数的变化对变齿间距下的最小封严流量有明显效果,而在变齿高情况下则没有影响。     

凸起数对各封严结构封严效率影响的实验

实验用二氧化碳体积分数测量法研究了凸起数目的变化对盘腔内各参数（静压、总压、封严效率）的影响,目的是获得不同封严结构的封严效率和最小封严流量随凸起数目的变化规律。实验在主流雷诺数和旋转雷诺数为一定范围内,测量了不同封严流量下的参数。结果表明:在实验工况范围内,凸起的数目变化对腔内的静压影响较小,靠近封严环的静压变化几乎可以忽略;而总压和封严效率都和凸起数目成正比,但不同封严结构的变化程度有所不同。从整体上看,径向封严结构效率的提升最明显,轴向封严和静盘双齿封严改善较小。平均每增加一个凸起,三种结构所需的最小封严流量分别可以减少0.96%、0.30%、0.28%。此外,安装了凸起后,旋转雷诺数对封严效率的影响也会更加明显。      

凸起形状对轮缘封严结构燃气入侵的影响

为了研究轮缘封严附近凸起的形状对封严效率的影响，采用测量二氧化碳体积分数、腔内压力的实验方法，研究了几种典型的凸起形状对封严效率、腔内压力、腔内流场和无量纲最小封严流量的影响，目的是获得最佳的凸起形状。结果表明，凸起形状的变化对腔内的静压影响不大，封严环附近的静压变化几乎可以忽略不计。而总压和封严效率将随着凸起形状的变化而不同。安装凸起会整体提升腔内的旋流比。当凸起形状为六面体时，腔内的总压和封严效率最大，其无量纲最小封严流量相比于光滑盘平均减少了32%。     

微弧等离子堆焊沉积Ni/硅藻土高温封严涂层的腐蚀磨损特性

高温封严涂层在腐蚀环境中的摩擦磨损是影响其服役寿命的主要问题之一。为此,研究了微弧等离子堆焊沉积Ni/硅藻土封严涂层的工艺规律与腐蚀摩擦学性能。对粉末和涂层的基本结构的表征显示:涂层呈现堆叠结构,含有大量孔隙,涂层主要由Ni,SiO_2和少量NiO组成。涂层的内聚强度平均达到8.78MPa,在拉伸应力作用下表现为以扁平化粒子边缘为主,沿着孔隙率方向应力集中的脆性断裂,以及在应力集中部位导致硅藻土粒子内部的穿晶断裂。当堆焊电流为40A时,微弧等离子堆焊制备的Ni/硅藻土封严涂层在盐环境和酸环境的摩擦系数和磨损率分别达到0.524,16.354wt.‰和0.5099,17.317wt.‰。Ni/硅藻土可磨耗封严涂层在酸性环境的腐蚀能力较低,其平衡电位达到-708m V。