某型航空发动机高压涡轮后衬套喷涂材料国产化及应用

针对某型发动机高压涡轮轴后衬套更换封严涂层的修理需要,通过对原涂层XRD、XPS等的分析,结合其服役条件和使用要求,初步选定国产镍铬铝包氮化硼和镍铜铝包氮化硼两种材料,进行对比研究并考核验证其涂层硬度、热冲击、热稳定性以及喷涂工艺性等,结果表明镍铬铝包氮化硼材料耐热性能优于镍铜铝包氮化硼,可作为替代材料使用。     

润滑相尺寸对镍-石墨可磨耗封严涂层性能的影响

采用普通大气等离子喷涂(atmospheric plasma spraying,APS)和高能效超音速等离子喷涂(supersonic atmospheric plasma spraying,SAPS)分别沉积制备镍石墨可磨耗封严涂层,对比研究润滑相尺寸对涂层的力学性能、抗腐蚀性能以及抗冲蚀磨损性能的影响。结果表明:相较于APS涂层,SAPS沉积制备的涂层中石墨润滑相尺寸较小;SAPS涂层的结合强度(22.3±1.4)MPa和表面洛氏硬度(87±0.8)HR15Y比APS涂层分别高出22.5%和20.8%;APS涂层在30°攻角和90°攻角的相对冲蚀速率分别比SAPS涂层高出7%和13%,表明SAPS涂层抗冲蚀性能优于APS涂层;APS涂层和SAPS涂层在250℃的高温醋酸环境中均发生了明显的电化学腐蚀现象,但SAPS涂层的抗腐蚀性能优于APS涂层。     

基体曲率对热障涂层结合强度影响的无损检测研究

 针对复杂型面航空发动机涡轮叶片表面热障涂层(TBCs)的失效问题,采用交流阻抗谱(IS)法和洛氏硬度(RH)压痕法对比研究了制备在平板基体和曲率基体上,热障涂层在热循环过程中微观结构和界面结合强度的演变规律。交流阻抗谱法的结果表明:两种涂层试样的热生长氧化(TGO)层厚度及陶瓷层内裂纹数量均随着热循环时间增加而增长,但曲率试样的微观结构恶化速度更快;洛氏硬度压痕法的结果验证了经热循环后,曲率基体上热障涂层界面结合强度低于平板样品。     

新型铝包镍涂层在航空维修上的应用研究

针对航空维修中零件磨损、腐蚀等故障,采用超细铝粉包覆镍芯核制备铝包镍复合粉末,利用等离子喷涂工艺在不锈钢基体上制备涂层,通过扫描电子显微镜和能谱仪等方法分析、观察涂层的组织及结构,测试涂层的结合强度和显微硬度。结果表明涂层可应用于零件尺寸修复。     

NiCr基多元复合润滑涂层的耐磨性能研究

研究可在较宽温度范围内使用,且保持良好润滑效果的金属基固体润滑复合涂层具有重要意义。利用高能效超音速大气等离子喷涂分别制备NiCrAl-Cr_2O_3-BN-MoS_2(简称BN-MoS_2)和NiCr-Cr_2O_3-Ag-CaF_2/BaF_2(简称Ag-CaF_2/BaF_2)多元复合润滑涂层,对比分析涂层结构对其结合强度、表面硬度及其高温下耐磨性能的影响规律。结果表明,相较于BN-MoS_2涂层,Ag-CaF_2/BaF2涂层结构致密,润滑相分布均匀,其结合强度为38.2±1.2MPa,比BN-MoS_2涂层高49.2%,而表面洛氏硬度仅高4.5%。随温度升高,BN-MoS_2涂层的平均摩擦系数变化不明显,而Ag-CaF_2/BaF_2涂层降低了25%,其中,600℃时Ag-CaF_2/BaF_2涂层平均摩擦系数比BN-MoS2涂层低22.2%。在400℃时,BN-MoS2涂层的磨损深度比Ag-CaF2/BaF2涂层高出22.5%;温度升高至600℃时,BN-MoS_2涂层和Ag-CaF_2/BaF_2涂层的磨损深度降低。由上述结果可知,在400℃～600℃时,Ag-CaF_2/BaF_2涂层的润滑性能和耐磨性能均优于BN-MoS_2涂层,且其在600℃时效果最佳。     

纳米Y-PSZ基材料高温封严涂层的研制

前期探讨高温环境使用的封严涂层。研制出可磨耗封严涂层材料,以纳米Y-PSZ为基相材料,添加定量的高温软相和造孔组分,获得一种添加相分布均匀,组织细小松软的团聚型封严涂层材料粉末。并成功采用APS在试验基体上制备出≥1.0mm厚的涂层。对涂层组织、表面洛氏硬度、附着强度进行检测,并初步讨论相关性能。结果表明,研制的涂层硬度保持在HR45Y 30~55,并且孔隙率控制在30%的涂层具有适宜的结合强度和硬度,能够满足使用时的硬度和结合强度要求。     

高速电弧喷涂FeNiCrAl涂层制备工艺对涂层性能影响

FeNiCrAl涂层是一种用作轴类零部件的表面耐磨防护材料,为深入研究高速电弧喷涂工艺对FeNiCrAl涂层性能的影响机理,对不同喷涂参数下制备的涂层的组织结构、结合强度、物相组成和显微硬度等性能进行分析表征,探究“喷涂电流-涂层组织结构-结合强度”之间的关系。结果表明：喷涂电流对涂层的组织致密性及结合强度影响较大;喷涂电流200 A、电压34 V、喷涂距离160 mm的工艺参数下制备的FeNiCrAl涂层组织致密,孔隙率约8.76%,结合强度52.3 MPa,涂层硬度约626 HV0.1,约为基体硬度的1.6倍;影响机理与Fe-Al金属间化合物和Cr0.19 Fe0.1 Ni0.11固溶体在涂层内部均匀弥散分布有关。     

压气机盘止口喷涂镍铬铝涂层工艺研究

针对航空发动机压气机盘止口磨损这一故障,通过试验验证了等离子喷涂镍铬铝涂层的涂层厚度与结合强度的关系,测试了涂层硬度,分析了涂层微观组织,并验证了压气机盘装配条件对涂层结合强度的影响,实现了喷涂镍铬铝涂层对压气机盘止口进行修复。     

控制航空发动机运转间隙的热喷涂封严涂层

介绍了控制航空发动机运转间隙的热喷涂封严涂层的研究和应用，即等离子喷涂聚苯酯／铝硅封严涂层，氧－乙炔焰喷涂六方氮化硼陶瓷封严涂层，以及等离子喷涂钇稳氧化锆陶瓷封严涂层。此外还针对现有的问题提出了今后应开展的研究工作。     

镁合金表面冷喷涂420不锈钢/WC-17Co涂层及其耐磨耐蚀性能

采用冷喷涂工艺在AZ80镁合金表面制备420/WC-17Co涂层。利用SEM分析喷涂粉末形貌及涂层显微结构;通过显微硬度计和万能材料试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用球盘式摩擦磨损试验机考察涂层的摩擦磨损性能;通过电化学实验测定涂层和镁合金基材的耐腐蚀性能。结果表明:采用冷喷涂工艺可在AZ80镁合金基体上制备出高质量的420/WC-17Co涂层,冷喷涂420/WC-17Co涂层的显微硬度为(615±62)HV,结合强度为(57±11)MPa,涂层的磨损率为3.3×10~(–6) mm~3·N·m,其耐磨性较镁合金基材提高了2个数量级,涂层自腐蚀电流较镁合金基材降低了1个数量级。因此,冷喷涂420/WC-17Co涂层在不产生明显热影响的情况下,可以显著提高镁合金表面的耐磨耐蚀性能,是一种较为理想的镁合金表面强化工艺。     

等离子喷涂工艺参数对GdPO4热障涂层组织结构和结合强度的影响

随着航空发动机涡轮进口温度提升,目前最广泛使用的Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)热障涂层(TBCs)已难以满足需求,亟须发展新一代超高温TBCs。GdPO₄是一种极具应用前景的TBCs材料。本工作采用等离子喷涂方法制备GdPO₄/YSZ双陶瓷层结构TBCs,研究喷涂工艺参数特别是喷涂功率对GdPO₄陶瓷涂层相组成、表面形貌、微观结构以及结合强度的影响。结果表明:等离子喷涂GdPO₄过程中会有元素P损耗,得到的涂层除了GdPO₄外,还有一些Gd₃PO₇相;随着喷涂功率降低,Gd₃PO₇相含量减少;GdPO₄陶瓷涂层的主体结构由充分熔融的喷涂粒子堆垛构成,其中镶嵌有未熔化粒子构成的微区;随着喷涂功率降低,未熔化微区增多,涂层厚度降低;GdPO₄/YSZ TBCs的结合强度随喷涂功率降低而减小,主要是由于未熔化微区增多降低了涂层的内聚力;因此,低喷涂功率不利于涂层的结合强度。     

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     

Д-30发动机中央传动机匣表面涂层的冷喷涂修复

针对Д-30发动机镁合金中央传动机匣表面的铝青铜涂层出现磨损、剥落的情况,采用冷喷涂工艺进行了工艺试验和机匣涂层修复。试验结果表明,在进行铝、铜涂层修复时,冷喷涂工艺可获得比火焰喷涂更好的效果。     

300M钢表面WC10Co4Cr涂层制备及其对疲劳的影响

本文分别采用定量金相法、对偶拉伸法测量了300M钢表面WC10Co4Cr涂层的孔隙率和结合强度,同时通过轴向拉-压高频疲劳测试分析了喷涂前后基体的疲劳极限。研究结果表明,此涂层孔隙率可以达到1%以下,涂层结合强度大于70MPa;涂层工艺对于基体的疲劳极限有一定的影响:喷涂后,基体疲劳极限为基体的86%。     

激光重熔等离子喷涂纳米氧化锆热障涂层组织与性能

采用等离子喷涂纳米氧化锆(ZrO_2-8%Y_2O_3)团聚粉末制备了纳米氧化锆热障涂层,利用连续CO_2激光对其进行重熔处理.以常规热障涂层作为比较对象,研究了纳米氧化锆热障涂层和激光重熔涂层的组织结构、硬度、抗热冲击性能.结果表明:纳米氧化锆热障涂层组织结构为独特的纳米-微米复合结构,主要有柱状晶和未熔融或部分熔融纳米颗粒组成;激光重熔热障涂层的组织结构为表面等轴晶+断面柱状晶.硬度试验和抗热冲击性能试验综合比较结果显示:相对于常规氧化锆热障涂层,纳米氧化锆热障涂层和激光重熔热障涂层拥有更好的性能.因此将纳米技术和激光重熔表面处理技术与等离子喷涂技术结合起来制备热障涂层是提高热障涂层性能的非常有前景的工艺方法.     

等离子喷涂与激光重熔复合制备Mo2NiB2涂层的组织和性能研究

采用大气等离子喷涂方法在Q235低碳钢表面制备Mo₂NiB₂基金属陶瓷涂层,选取300 W和500 W功率对其进行激光重熔。结果表明,激光重熔可以显著减少涂层的缺陷,使组织结构变得更加致密,界面处的弱机械结合转变为良好的冶金结合。随着激光功率的提高,涂层的结合强度和耐腐蚀性能提高,最大结合强度为38.08 MPa,最小腐蚀电流为0.033μA/cm²,但硬度和耐磨性降低,最小硬度为1781HV_0.2,最大体积摩擦率为6.25×10^–5 mm³/(N·m)。上述等离子喷涂及2种激光重熔的Mo₂NiB₂基金属陶瓷涂层的硬度、结合强度、耐磨性和耐腐蚀性都明显高于Q235低碳钢基体。     

钛合金表面镍包石墨喷涂层的耐磨性能

为了提高钛合金的表面耐磨性,利用氧乙炔热喷涂枪,在TC4合金表面上制备出镍包石墨涂层。采用MXP-2000型销盘式摩擦磨损实验机,进行钛合金及其镍包石墨涂层的干摩擦磨损实验,并利用扫描电镜对磨损表面进行观察和分析。实验结果发现,镍包石墨涂层的摩擦系数只有钛合金的一半左右,前者磨损量为后者的1/6,说明镍包石墨涂层可以大大提高钛合金的表面耐磨性能。TC4合金的磨损机制以黏着磨损为主,喷涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,喷涂层中的石墨润滑相是其耐磨性高的主要原因。     

热障涂层结合强度及失效模式研究

采用实验方法研究了热障涂层的结合强度,并探讨了温度、氧化时间、涂层厚度以及基体等因素对结合强度的影响。涂层采用了等离子和EB-PVD两种喷涂工艺,采用双向测试法,分析了粘结层氧化对涂层法向和切向结合强度的影响,研究结果表明同一种喷涂工艺方法,尽管涂层厚度不同,但其结合强度是非常接近的,为带涂层航空发动机部件的强度设计和分析以及涂层失效模型的建立提供的参考。      

热压压力对B/Al复合材料组织结构及力学性能的影响

使用表面覆有B4C涂层的硼纤维，采用大气等离子喷涂法制备连续硼纤维增强铝基复合材料预制片，结合真空热压扩散焊制备了纤维均匀分布的B／Al复合材料。探讨在接近铝基体熔点温度的条件下热压压力对复合材料力学性能与B／Al界面结合的影响，分析了B／Al界面结合状态与断口形貌及力学性能之间的关系。研究表明：热压压力对制备的B／Al复合材料的纤维体积分数、B纤维与Al基体的界面结合状态和拉伸强度有显著的影响；纤维表面的B4c涂层有效地防止了B纤维与Al基体间的界面反应，在温度6500C、压力10MPa的条件下，制备的纤维体积分数为42％的B／Al复合材料拉伸强度达到968MPa，达到了纤维理想强度的77％。     

等离子-物理气相沉积硅/莫来石/硅酸镱环境障涂层的高温防护和耐热冲击性能研究

通过SiCf/SiC复合材料表面等离子喷涂(APS)硅黏结层和莫来石中间层,等离子-物理气相沉积(PS-PVD)制备硅酸镱面层,喷涂的整个环境障涂层体系组织致密,PS-PVD工艺制备的硅酸镱为层状结构,孔隙率＜1％.研究了 SiCf/SiC复合材料环境障涂层的抗静态氧化、循环氧化、水汽腐蚀和热冲击性能,发现复合材料表面...