TC4钛合金与多层TiN/Ti涂层的砂尘冲蚀损伤试验

建了砂尘冲蚀试验系统,采用粒子成像测速方法获得了气体压力和砂尘速度之间的关系,并在砂尘质量浓度为28.91g/m3,速度为80m/s,冲蚀角度为30°的条件下,对TC4钛合金和多层TiN/Ti涂层进行了冲蚀试验.结果表明:TC4钛合金抗冲蚀损伤能力较差,平均质量损失率达0.7mg/min.多层TiN/Ti涂层可承受砂尘冲蚀200min以上,且TiN/Ti调制比为1:3涂层的抗冲蚀能力优于调制比为1:1的涂层.砂尘粒子垂直冲击速度分量引起的微区剥落是涂层冲蚀损伤的主要原因,增加多层涂层韧性是提高其抗冲蚀性能的关键.      

韧性材料的冲蚀损伤数值仿真综述

砂尘造成韧性材料的冲蚀损伤现象和损伤演化规律是冲蚀机理研究的重要内容，基于相应冲蚀试验和数值仿真的分析 方法是揭示冲蚀机理的重要手段。回顾了砂尘冲蚀损伤研究的缘起和发展经历，在介绍砂尘冲蚀损伤机理的基础上，总结了当前 数值仿真研究的3种主流方法：有限元方法、无网格方法和计算流体动力学方法。从数值仿真角度针对砂尘对韧性材料造成的破 坏模式、砂尘冲击姿态、砂尘冲击速度和形状、砂尘破碎对材料去除机制的影响等4个方面综述了影响冲蚀损伤机理的主要因素 和当前研究进展。砂尘对韧性材料造成的破坏模式通常分为材料凹陷、滑动、犁削、切削等4种不同机制；砂尘的冲击姿态决定了 材料的损伤模式；砂尘的冲击速度和砂尘的形状决定了材料的损伤严重程度；砂尘破碎现象对材料的去除机制有一定影响。     

不同形状砂尘高速冲蚀TC4平板的数值仿真

含有砂尘的空气吸入发动机，会与压气机转子叶片以较高的相对速度发生碰撞，产生砂尘冲蚀现象，严重影响到飞行器飞行安全。通过采用能较好适应大变形的光滑粒子流体动力学(SPH)方法和有限元(FE)耦合的方法，建立不同形状砂尘冲蚀TC4平板模型，研究TC4平板表面受砂尘高速冲蚀的典型损伤形式及其规律。结果表明:砂尘尖角越小，冲击产生的弹坑越深，所造成的损伤也越大；随砂尘逐颗撞击平板，弹坑的深度变化越来越小，表现为平板表面的塑性硬化过程；在砂尘连续冲击下，受到冲击角的影响，损伤处的堆积物可能被砂尘冲脱平板，也可能被重新压回弹坑。      

可磨耗封严涂层的冲蚀磨损特性及模型

抗冲蚀性是可磨耗封严涂层最重要的性能。在自制的真空自由落砂试样旋转式冲蚀磨损试验机上对几种中温封严涂层的冲蚀磨损特性及机理进行了研究。实验结果表明,冲蚀失重与冲蚀时间具有良好的线性关系;在60°时冲蚀率最大;冲蚀率与冲蚀速度有幂函数关系,速度指数随冲蚀角度增大而增大;90°冲蚀时,涂层的冲蚀机理为冲击粒子在涂层表面冲击挤压,产生凹坑和凹坑边缘凸起的唇片,随后的冲蚀使唇片流失;粒子的不断冲击使表层金属相松动,导致呈颗粒状剥落。30°冲蚀时涂层的冲蚀机理为切削、犁削并有孔洞、非金属相贯通效应。在此基础上提出了封严涂层的冲蚀磨损模型。     

TC4钛合金表面激光原位反应制备TiN涂层及性能研究

利用激光原位反应技术在TC4钛合金表面制备了无裂纹、组织均匀致密的TiN涂层,并分析了激光氮化层的显微组织、成分和物相,测试了涂层横截面显微硬度、涂层耐磨性能及抗SiO_2颗粒高速冲蚀的能力。结果表明:在适当的激光参数下制备的氮化钛涂层与TC4基体之间呈现良好的冶金结合,其界面结合强度为240～270MPa;涂层主要为硬质TiN相,涂层硬度高达1550HV_(0.1),约为基材的4.5倍;涂层磨损失重量是TC4钛合金的14.7%;在60o冲蚀角度下,基材的冲蚀质量损失为涂层的2倍。     

表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响

为对比研究表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响,在17-4PH不锈钢表面进行了多弧离子镀陶瓷/金属多层膜制备、激光表面合金化(LSA)处理和超音速火焰喷涂(HVOF)硬质合金层处理,利用划痕仪、自组装的不锈钢抗固体粒子冲蚀(SPE)装置、多冲疲劳试验机对上述三种表面处理试样的小攻角和大攻角SPE失效行为和机理进行了研究。结果表明,微切削是17-4PH不锈钢及其表面改性试样小攻角下固体粒子冲蚀破坏的主要失效机制,多冲型疲劳破坏是17-4PH不锈钢及其表面改性试样大攻角下固体粒子冲蚀的主要失效机制。HVOF WC-17Co涂层可显著提高17-4PH不锈钢30°小攻角和90°大攻角下SPE抗力。激光表面合金化层能够改善17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角下SPE性能,但SPE性能改善效果弱于HVOF喷涂涂层。TiAl N/Ti多层膜不能显著提高17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角的SPE性能。     

固体颗粒冲蚀对钛合金ZrN涂层抗冲蚀性能的影响

采用真空电弧镀在TC11钛合金上沉积ZrN涂层,固体颗粒冲蚀实验研究不同冲蚀颗粒、冲蚀速度、冲蚀角度对涂层抗冲蚀性能的影响,并用SEM观察表面及断面形貌.结果表明,在相同冲蚀条件下,ZrN涂层冲蚀率随冲蚀颗粒硬度、冲击角度及冲蚀颗粒速度的增加而增加,冲蚀角度为90°时,ZrN涂层冲蚀速率最大,ZrN涂层提高了TC11钛合金的抗冲蚀性能.     

航空发动机压气机叶片砂尘冲蚀防护涂层关键问题综述

军用直升机和运输机沙漠作战时,砂尘被高速吸入发动机导致压气机叶片外形和结构完整性遭到破坏,严重影响作战性能和耐久性。涂层是提高压气机叶片抗砂尘冲蚀能力的有效措施,但涂层的防护能力与涂层的服役环境、材料体系、结构成份、制备技术以及考核体系等密切相关。结合美军在西亚沙漠作战直升机压气机受损严重的问题,从涂层设计指导性、制备技术可实现性以及试验考核体系的完备有效性三方面综述和对比国内外抗冲蚀涂层研究发展情况,重点分析涂层环境适应性、材料和结构强韧性、制备方法以及考核体系中的影响涂层防护能力的关键问题,深入剖析我国存在的主要差距和原因。分析表明:机理研究不深入、涂层结构与性能设计研究亟待加强、考核手段不完备、研究系统性不强是制约我国抗冲蚀涂层向应用转化的关键,本文对梳理抗冲蚀涂层领域的发展方向具有十分重要的指导意义。     

气固两相透平叶片冲蚀特性的气动试验研究

在自行研制风洞中先后对应用较广的MCrAlY叶片涂层和2Crl2Mo-5叶片合金、钢丸表面强化试件在不同气流速度、颗粒冲角、颗粒性状、颗粒粒度的条件下进行了气动冲蚀试验。试验结果表明，无论是涂层还是合金，冲蚀率均随冲蚀颗粒的累积质量呈线性变化；由对比可知，其它条件相同的情况下，涂层在广泛的冲角范围内较合金的冲蚀率更小，表面的“烧结”特征，能减小叶片的冲蚀率；表面呈多棱的石英砂颗粒对试件的冲蚀程度强于带突圆球状的催化剂颗粒；在该试验范围内，相同材质的颗粒，粒度愈大，对试件的冲蚀率愈大；钢丸表面强化工艺兼有防冲蚀的能力。试验结果将为优化叶片选材、简化叶片维修技术、降低叶片维修成本提供有益的参考。     

三种不锈钢材料抗固体颗粒冲蚀性能研究

采用增压气流固体颗粒冲蚀试验方法研究1Cr11Ni2W2Mo2V、1Cr12Ni2WMoVNb、1Cr17Ni2三种不锈钢材料的抗冲蚀性能。结果表明,三种不锈钢材料在固体颗粒冲击下均发生冲蚀磨损,30°稳定冲蚀速率大于90°稳定冲蚀速率。在相同冲蚀条件下,三种不锈钢材料抗冲蚀性能1Cr17Ni2>1Cr12Ni2W2MoVNb>1Cr11Ni2W2MoV,即1Cr17Ni2不锈钢抗冲蚀性能最好。     

Corrosion mechanism investigation of TiN/Ti coating and TC4 alloy for aircraft compressor application

It is imperative to develop multifunctional erosion and corrosion resistant coatings for compressor blades of aircraft engines in harsh environment. PVD (Physical Vapor Deposition) technology has the advances in processing erosion-resistant coatings; however, the performance of PVD coatings to combat corrosion depends on various coating defects. Determining and comparing the corrosion performances of PVD TiN/Ti coating and uncoated TC4 alloy was the main objective of present work. The 960 h salt spray corrosion and 116 h hot corrosion tests were conducted to simulate the grounding and working environments of the aircraft compressors. The corrosion mechanisms due to the coating defects such as pinhole, columnar boundary and large grain were analyzed based on the OM, Confocal microscope, electrochemical measurements, SEM, XRD and EDS results. Owing to the disordered state associated with the columnar boundary and the coating defect, nitrogen could be easily replaced by oxygen in the hot corrosion process, these structures were channels for fast diffusion of oxygen. Moreover, the Gibbs energy changes of Ti oxidation and TiN oxidation were thermodynamically calculated according to the working condition of aircraft compressors, and considerable research effort was focused on mapping out the phase diagram of Ti, TiN and high pressure gases. The findings of this research can provide insights into developing multifunctional coatings for future aircraft engines.     

化学气相沉积TiN薄膜及其耐磨性能

 采用化学气相沉积的方法制备TiN薄膜,以提高K3镍基高温合金的耐磨性能。以TiCl4 和NH3为反应气体,用化学气相沉积法(CVD) 在K3镍基高温合金基体上制备了一系列不同温度和沉积时间的TiN 薄膜。结果表明,与基体相比,沉积TiN薄膜的样品耐磨性能有显著提高。当沉积温度不变时,TiN薄膜耐磨性能随沉积时间的延长先提高后降低;当沉积时间不变时,薄膜的耐磨性能随沉积温度的升高而提高。化学气相沉积法制备TiN薄膜的最佳工艺条件为600 ℃/60 min。     

离子镀Ti(N,C)耐磨镀层成分与性能研究

 用空心阴极离子镀技术,在常用的不锈钢(1Cr18Ni9Ti)基材上,镀制Ti(N,C)耐磨镀层。对镀层的成分进行了分析,讨论了镀层成分的耐磨性,显微硬度和附着力的影响。通过对Ti(N,C)镀层与TiN和TiC镀层性能的对比,肯定了Ti(N,C)复合化合物镀层具有更优越的耐磨性和附着力。     

复合材料砂蚀研究综述

介绍了冲蚀的基本概念、试验设备,综述了聚合物基复合材料砂蚀的研究概况和冲蚀机理,并讨论了各种冲蚀因素和抗冲蚀涂层对冲蚀性能的影响。     

石墨含量对PEEK基复合涂层性能的影响

利用石墨和聚四氟乙烯(PTFE)对聚醚醚酮(PEEK)进行混杂改性,控制PTFE和PEEK的质量比不变,通过冷压烧结的方法在不锈钢表面制备不同石墨质量分数的PEEK基复合涂层,研究石墨含量对涂层力学和摩擦性能的影响。结果表明:随着石墨质量分数的增多,PEEK基复合涂层的结晶度逐渐下降,涂层的硬度先增高后降低,摩擦因数不断降低,磨损率先降低后上升。在石墨质量分数为4%时,硬度最高21.78HV,摩擦因数为0.0461,磨损率最低为2.06×10~(-6)mm~3/(N·m),这与之前的研究相比,涂层的耐磨性得到大幅提高。但是过高的石墨质量分数会使分子链柔顺性下降、链段运动降低,涂层的耐磨性大大降低。