铌钨合金材料在液体火箭发动机上的应用

为探索铌钨合金在液体火箭发动机上的应用，针对我国研制成功的Nb-5W-2Mo-1Zr铌钨合金进行了高温性能试验及抗高温氧化涂层的研制，铌钨合金及涂层在高温时的组织结构分析及相关工艺试验。结果表明：Nb-5W-2Mo-1Zr铌钨合金及抗氧化涂层可用于液体火箭发动机。     

重型运载火箭发动机涡轮部件富氧燃气通道高温防护涂层技术研究

针对液体火箭发动机富氧燃气通道的传统搪瓷涂层在高温、高压、高速燃气冲刷工作环境下存在的开裂和脱落问题,对金属陶瓷复合涂层进行了高温氧化防护技术研究。采用喷涂和真空烧结工艺在高温合金基材表面制备了金属陶瓷复合涂层,对其组织结构、物理特性和高温抗氧化、热震、抗火焰冲刷性能进行了分析和试验。结果表明,金属陶瓷复合涂层通过真空热扩散形成了多孔组织,在1000℃氧化和冷热交变环境下表现出优异的抗氧化、抗热震性能,能够承受1100℃、1马赫燃气冲刷。     

某航空发动机热端部件涂层技术

为提高航空发动机热端部件抗腐蚀、抗高温氧化、抗磨损等能力,延长机件使用寿命,通常采取在发动机热端部件喷涂具有耐蚀、高温抗氧化、耐磨损等功能的防护涂层[1].由于设计原因,某航空发动机在工作过程中,一级涡轮导向器隔热屏封严篦齿的外篦齿暴露在高温燃烧区,术得到有效的冷却,产生极大的热应力,引起篦齿根部背面涂层裂纹甚至掉块,如图1所示.统计分析表明:某航空发动机工作到大寿命时,一级涡轮导向器隔热屏NiCr-Cr3C2涂层裂纹故障率高达80％,因此研究热端部件NiCr-Cr3C2涂层修复技术成为目前一项急待解决的问题.要解决涂层裂纹甚至掉块的故障,就需要提高涂层的结合强度,保证涂层获得相当的耐蚀、高温抗氧化、耐磨损等能力,为此必须适当调整涂层材料的成分配比[1-2].     

钛合金的高温氧化及防护

综述了国内外有关钛合金的高温氧化规律的研究以及防护方法和技术的发展。介绍了扩散型涂层、气相沉积型涂层、离子注入表面改性层和搪瓷涂层等针对钛合金的抗氧化防护涂层和技术。讨论了存在的问题和有望解决问题的途径。     

航空发动机高温防护涂层技术发展现状与标准需求

结合高温防护需求–涂层材料和结构设计–涂层制备技术–涂层性能评价这一主线,探讨了国内外航空发动机热端部件常见高温防护涂层领域内相关标准的制修订现状,并结合航空发动机的发展趋势和科研生产的实际需求,提出了该领域内标准制修订工作的一些建议。     

陶瓷涂层在航空发动机上的应用研究

海军用航空发动机工作环境相当恶劣,其热端部件极易受到腐蚀,在涡轮叶片喷涂陶瓷涂层可以有效解决这一问题。本文通过试验验证的方法,分析了陶瓷涂层的抗高温氧化、抗高温热腐蚀和抗热震性能,以及介绍了陶瓷涂层在航空发动机上的应用及发展前景。     

航空发动机热障涂层导电性能研究

传统的航空发动机热障涂层主要关注点是其热绝缘特性及可靠性的研究,并且已经形成了一整套基于YSZ的热障涂层技术,但是缺乏热障涂层高温导电性能的研究。另一方面,基于对航空发动机智能化的要求,需要在涡轮叶片表面制造电学器件(传感器),所以有必要对航空发动机热障涂层的电学性能进行相关的研究。研究了YSZ热障涂层在高温下的电学性能,提出了能提高其高温电绝缘性能的技术方法:可以对YSZ热障涂层喷涂配方进行改良。试验证明,在涂层中加入一定含量的氧化铝可以把热障涂层的高温电绝缘性能提高4个量级,可以满足在涡轮叶片热障涂层之上制作微传感器的实际工程需要。此外,利用计算机仿真技术对高温环境下的热障涂层复合结构进行了电学性能的综合分析,分析的结果证明,在传感器/热障涂层/涡轮叶片基底的复合结构当中,热障涂层表面的传感器电流的高温特性是各层材料的导电性、传感器与热障涂层的结构与尺寸的综合函数。     

镍铝涂层晶粒细化与金属氧化物掺杂改性研究

包埋渗铝获得的镍铝涂层是一种最早使用的Al_2O_3膜热生长型高温涂层。自20世纪50年代应用于航空发动机热端部构件的高温防护以来,进一步提高其抗高温氧化性能的机理和技术研究延续至今。基于对合金氧化及Al_2O_3膜热生长机制的理解,提出了晶粒细化与特定金属氧化物掺杂可提升镍铝涂层抗氧化性能的观点,介绍了涂层晶粒细化与金属氧化物弥撒掺杂方法,讨论了这些结构和成分改性影响涂层抗高温氧化性能的关键因素:包括Al_2O_3膜生长速度、亚稳态相向稳态相转变、涂层的黏附性以及涂层与合金基体的互扩散。这些新的研究结果有望为进一步挖掘渗铝涂层的应用潜力、延长其服役寿命提供理论和试验基础。     

带热障涂层涡轮冷却叶片冷却特性计算方法研究

阐述了航空发动机高温涡轮冷却叶片热防护系统流体动力与冷效特性计算方法。计算方法考虑了叶片隔热涂层对发动机气冷叶片冷却效果的影响,在发动机过渡态工作过程中考虑了叶片和隔热涂层的瞬态热传导,建立了瞬态带隔热涂层复合涡轮冷却叶片流体动力与冷效特性计算的计算模型,并完成了相应的程序编制。     

高温隔热涂层在液体火箭推力室上的应用

本文回顾了高温隔热涂层在国内外液体火箭推力室上的应用情况。高温涂层对于防止推力室壁过热和烧融、增加室壁材料疲劳寿命、提高发动机性能以及消除某些冷却剂对室壁的腐蚀和热解沉积都有明显效用。当前,采用等离子体喷涂技术的氧化锆等陶瓷类涂层是应用于推力室热防护的主要涂层。为了改善涂层与基材的结合力广泛使用了多层涂层的结构。针对液体火箭发动机向高室压高性能高热流的趋势发展,提出了对下一代液体火箭推力室涂层     

高温防护金属涂层的发展及活性元素效应

高温防护涂层(一般为金属基)被广泛用于航空发动机和大型地面燃气轮机关键热端部件(例如涡轮叶片)的防护。通过生成一层致密且生长缓慢的氧化膜(Al_2O_3,Cr_2O_3或SiO_2等),这类涂层可以在高温下为基体合金提供可靠防护,以防止基体合金被快速氧化腐蚀侵害。本文回顾了高温防护金属黏结层的发展历程(以铝化物涂层和MCrAlY包覆涂层为例),其改进总是围绕着提高涂层中Al的浓度及合理分布,以及缓和涂层与基体合金的互扩散为目标;重点关注高温防护涂层中添加活性元素(RE)后引入的活性元素效应,包括活性元素被发现的历程、活性元素改性作用机制以及近期研究者在活性元素掺杂方面的工作进展。     

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。     

新型热障涂层陶瓷隔热层材料

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是先进燃气涡轮发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术,已经在航空发动机和地面燃气轮机上获得成功应用的热障涂层陶瓷隔热层材料为氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)。由于受高温稳定性、隔热性能等的局限,YSZ已不能满足下一代航空发动机的发展要求。本文介绍了近年来国内外在多元氧化物掺杂氧化锆、A_2B_2O_7型烧绿石或萤石化合物、磁铅石型六铝酸盐化合物、石榴石型化合物、钙钛矿结构化合物和其他新型氧化物陶瓷等先进超高温热障涂层陶瓷材料方面的研究进展,并展望了今后超高温热障涂层陶瓷材料所面临的挑战和发展动向。     

HB5258-2000在航空发动机材料研制生产中的应用分析

介绍了聃5258-2000在高温合金和高温防护涂层等研制和生产过程中的应用情况,概述了该标准在发动机用材料及高温防护涂层研制和生产检验过程中的应用,并着重分析了该标准在使用过程中暴露的问题,针对该标准的技术内容提出了几点修订建议。     

运-7飞机发动机滑油异常泄露故障分析

运-7飞机在飞行中因发动机石墨涂层脱落导致双篦齿封严环和篦齿封严环与双封严环抱死,引起了发动机滑油异常泄露故障。本文对相关结构进行有限元分析、计算,确定了篦齿封严环与双封严环基体间不会产生金属之间的磨擦,综合分析认为故障原因是石墨涂层质量不稳定导致的大面积脱落,引发了结构失效,并给出了发动机制造、修理工艺的改进措施,避免故障再次发生。     

工艺动态

热障涂层的有孔薄膜热障涂层 (ＴＢＣｓ)是涂覆在表面防止高温的低导热性材料层 ,它可保护涡轮发动机部件免受高温损坏。在涡轮发动机中 ,增加了工作温度就增加了燃料效率 ,减少了散热。发动机关键部件通常在额定熔化温度以上运转 ,这些零件由于热疲劳或氧化作用而损坏成为主要问题 ,除非采用降低表面温度的方法。ＴＢＣｓ的作用是 :用低导热性材料薄膜喷涂敏感部件 ,有效地与高温隔离。新的热障涂层方法是对热障涂层的部件沉积薄膜。采用控制底材运动 ,以另一种形式真空沉积有孔层和表层 ,形成新的多层薄膜结构。用 3Ω和Ｍｉｒａｇｅ技术…     

“热障涂层”主题征稿

选题背景现代航空发动机提高涡轮前进气温度,除了采用单晶高温合金,双层壁冷却技术、气膜冷却等冷却技术之外,还有一个重要技术就是热障涂层。热障涂层可以显著降低涡轮叶片的表面温度,大幅度延长叶片的工作寿命,提高发动机的推力和效率,因此热障涂层与叶片冷却设计技术、单晶高温合金材料技术并列,是先进航空发动机叶片的三大核心技术之一。     

热障涂层失效行为与寿命预测研究进展

热障涂层是航空发动机热端部件的重要功能材料,其强度与寿命分析技术是热障涂层应用基础研究的重点。涂层的提前失效将使金属基体暴露在高温燃气环境中,加速材料性能的退化,严重影响飞行安全。合理的强度评判标准以及寿命预测模型可以有效减小服役过程中热障涂层失效,提高发动机可靠性。介绍了热障涂层的损伤机理、寿命分析技术的发展现状,展望了航空发动机热障涂层寿命分析技术的发展趋势。     

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…     

新一代超高温热障涂层研究

介绍先进燃气涡轮发动机热障涂层的研究背景、意义和现状;综述近年来国内外在新一代超高温热障涂层方面的研究进展,包括新型超高温、高隔热陶瓷隔热层材料,1150℃以上抗高温氧化、与先进单晶高温合金化学匹配的新型金属黏结层材料,长寿命、高可靠性热障涂层结构设计以及先进热障涂层制备技术;分析发动机环境下CMAS沉积物对热障涂层的损伤机理以及相关的CMAS防护方法;最后展望新一代超高温热障涂层的发展动向及研究热点.