可磨耗封严涂层研究进展

可磨耗封严涂层是一种重要的热喷涂涂层,广泛应用于飞机发动机,对提高发动机效率、降低油耗进而提升发动机整体性能具有重要意义.本文介绍了可磨耗封严涂层材料的主要种类及其发展趋势,阐述了可磨耗封严涂层性能评价方法.     

耐海洋环境腐蚀的航空发动机封严涂层技术及其发展

对耐海洋腐蚀热喷涂可磨耗封严涂层在航空发动机领域的应用进行了论述,重点介绍航空发动机用热喷涂涂层的海洋气氛电化学腐蚀机理及相应涂层结构与材料设计等防护方法,提出了未来航空发动机用耐海洋腐蚀热喷涂封严涂层的发展方向.     

冲击刮削法评价封严涂层的可磨耗性

利用研制成功的新型电子冲击刮削试验机可较好地模拟航空发动机叶片刮削封严涂层的工况,测试涂层冲击刮削载荷-位移曲线及刮削功等。用刮削单位体积涂层所消耗的功评价涂层的可磨耗性。对某类涂层随涂层硬度增加,刮削功上升并有一阈值,以此值可确定生产中检验硬度范围的上限。对于相近硬度的涂层在相同条件下,313类涂层的刮削功小,可磨耗性较好,601类次之,307类较差。300℃试验时,刮削功下降,但不同类型的涂层下降幅度不同。     

航空发动机叶片-机匣碰摩试验技术研究综述

转静子碰摩问题是发动机在过渡态时发生振动超标故障的主要原因之一,为了对其进行更为有效地 考核验证与分析,从碰摩实验装置、测试技术及涂层可磨耗试验验证方面阐述了国内外目前的研究现状,并分 析了主要差距。结合发动机真实工况,提出了碰摩试验的发展需求。本文研究对于发展我国军/民用航空发动 机封严涂层适航审定技术具有重要的工程指导意义。     

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。     

航空发动机热涂封严涂层应用

叙述了航空发动机热喷涂封严涂层的应用情况。     

新型封严涂层高温高速磨耗试验机的研制

为模拟航空涡轮发动机气路封严配副在工作状态下的磨损磨耗现象,研究封严涂层的可磨耗性能,研制了1套新型的可磨耗性能评价试验器。该试验器采用叶片-涂层刮削式磨耗副,使用模拟轮盘带动叶片高速旋转实现叶尖的切线速度;采用封严涂层试样径向进给以模拟叶片刮削切入;使用压电石英晶体3向测力仪定量测量瞬态刮削力;采用高速高温火焰加热试样。考核结果表明:试验器能够完成叶尖切线速度为0~300 m/s、进给速率为1.5~2025μm/s、加热温度为20~800℃条件下的磨耗试验,试验效果良好,数据稳定可靠。     

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。     

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。     

非金属封严材料在民用发动机上的应用

介绍了国外民用发动机非金属封严材料的特点、发展和应用,通过与金属材料对比,阐明了非金属材料所具有的优势。     

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。     

航空表面涂层技术的应用与发展

航空表面涂层技术是航空制造技术的重要组成部分,涂层材料与涂层制造技术创新对提高航空零部件产品性能、降低能源消耗、提升产品可靠性及服役寿命具有重要意义.主要对涉及航空工业领域热障涂层、复合材料表面环境障涂层、高温可磨耗封严涂层及纳米涂层技术的应用现状与研究进展进行了阐述.     

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。     

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。     

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。     

基于BPNN的封严涂层孔隙分布均匀性超声表征

可磨耗封严涂层的多相非均质特性导致超声波在其中传播行为复杂，涂层组成相分布均匀性的超声表征在有效超声特征提取、特征与均匀性关系描述等方面存在困难。针对这一现状，提出了BP神经网络(BPNN)结合超声信号小波变换技术定量表征可磨耗封严涂层孔隙分布均匀性的方法。基于统计学思想与随机场理论建立铝硅聚苯酯(AlSi-PHB)封严涂层随机多相介质模型，通过调节自相关长度参数改变模型的孔隙分布状态。采用面积分数多尺度分析技术获得定量描述涂层孔隙分布均匀性的绝对斜率与均匀性长度，提取超声仿真信号的时域、频域及小波分解时频域衰减系数，探究其与绝对斜率及均匀性长度之间的相关性，并作为BPNN的输入对绝对斜率与均匀性长度进行预测。结果显示：在孔隙率5%时，随自相关长度从11μm增大至26μm,绝对斜率从0.86减小至0.76,均匀性长度从550μm增大至6 785μm,表明孔隙分布均匀性降低；时频域衰减系数与均匀性参数间的相关性最显著，绝对斜率与均匀性长度的BPNN预测结果决定系数分别为0.97和0.98,在3种衰减系数预测结果中最优。所提方法可为定量表征非均质涂层组织分布均匀性提供有效途径。     

篦齿封严流动及其对压气机静子性能的影响

为研究工程上广泛采用的3平齿型篦齿封严泄漏流动,以1台多级压气机第3级静子为例,利用数值模拟技术进行了计算分析.结果表明：篦齿封严间隙与泄漏流量成线性正比关系,但对静子流通能力和总压损失等的影响不是线性的;篦齿封严泄漏导致静子端壁区流动产生角区分离,并催生强的二次流动,是静子封严泄漏能够影响主流大范围流动的内在机制.为此提出将篦齿封严间隙控制在1％叶高左右的建议,以将篦齿封严泄漏对压气机静子的影响控制在可接受的范围之内.     

3505945系列空气涡轮起动机漏油失效模式分析

通过对3505945系列空气涡轮起动机漏油失效的子部件更换种类、使用时间进行研究,并对不同修理厂家进行归类分析,针对修后使用时间差异,整理分析更换的失效部件,探讨有效预防机制。发现在漏油失效模式下,若同时更换碳封严的动静封严,可大幅提高起动机的使用寿命,节约维修成本,并对在大修模式下起动机同时更换动静封严的经济性进行了分析。     

航空发动机转子篦齿封严诱导的气流激振力分析

为了解航空发动机直通型篦齿封严诱导的鼓筒表面气流激振状态以及不同参数对其的影响,对航空发动机直通型篦齿封严诱导的气流激振力进行研究,对转子无偏心和有偏心两种情况进行数值仿真计算。定性分析不同偏心量、不同进动频率比对气动力的影响;利用数值计算结果确定篦齿封严诱发的气流激振力大小;根据不同进动频率下的静压分布可以进一步导出气动阻尼、气动刚度参数,得到篦齿封严转子的气动载荷边界条件。结果表明:无偏心时篦齿封严腔内的流动非定常性不明显,气流激振对篦齿封严转子的影响可基本忽略;转子存在偏心时流体腔内流动具有非定常特征,气流激振力将驱动转子进动运动;不同偏心量的静压值比无偏心量时最大可增长7%,静压幅值波动值随进动频率比增大而增大,最大可比进动频率比为0时增长达84%,对转子的动力学稳定性有一定影响。     

含端面封严的转子动力学建模及振动特性分析

石墨端面封严是航空发动机中广泛采用的一种接触式封严结构,其在工作时由于转子摆动将不可避免地对转子产生非线性激励载荷。为揭示此种端面接触式封严对转子的动力学影响,以偏置盘转子-封严系统为对象,考虑转子摆动的影响推导了端面封严的非线性激励载荷,建立了含端面封严的偏置盘转子系统的非线性动力学方程,结合数值分析详细研究了端面封严诱发的转子非线性动力学响应及稳定性特征。结果表明,端面封严载荷对转子系统始终做正功,当系统阻尼不足以耗散封严载荷输入的振动能量时,转子振幅将逐渐发散并表现出失稳特征,此时转子频域响应由转子模态成分主导。通过对关键参数影响分析,发现减小封严结构接触半径、摩擦系数、轴向刚度或提高系统阻尼有利于提升转子稳定性。