陶瓷基复合材料环境障涂层研究进展

在发动机工作环境下,高温、腐蚀介质、燃气冲刷以及复杂应力环境等多因素交互作用,SiC陶瓷基复合材料表面稳定性急剧恶化,成为制约其应用于航空发动机热端部件的主要因素之一。环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBC)可以有效解决这一难题,成为SiC陶瓷基复合材料应用于高推重比航空发动机热端部件的关键技术。     

MCrAlY＋AlSiY复合涂层在航空发动机上的应用

MCrAlY涂层既可作为包覆涂层,也可作为热障涂层的粘结层,已被广泛应用;而MCrAlY＋AlSiY复合涂层因具备抗氧化、抗高温热腐蚀能力,而备受关注。论述了MCrAlY＋AlSiY复合涂层的制备技术、氧化与热腐蚀行为等,并分析了其在航空发动机上的应用前景。     

电子束物理气相沉积热障涂层抗氧化行为研究

电子束物理气相沉积热障涂层技术是一项用于保护航空发动机热端部件的关键技术。热障涂层除了要完成降低热端部件工作温度（或提高发动机工作温度）的任务之外，另一项主要任务就是防止高温腐蚀。本文通过理论分析和实验证实，在以ＺｒＯ２为基的隔热层中，由于粘结层氧化所需氧量极少，其氧气分压与环境中的氧分压几乎一样，因此热障涂层系统中粘结层的高温氧化与陶瓷层厚度基本无关。同时还系统地分析了粘结层合金的选择、不同合金元素的作用及其对抗高温氧化性能的影响。     

PS–PVD制备YSZ热障涂层的CMAS腐蚀行为研究

热障涂层（TBCs）广泛应用于先进航空发动机热端部件,有效延长了发动机热端部件的服役寿命,成为先进航空发动机必不可少的热防护材料。但在服役过程中一些大气沉积物CMAS加热后变为熔融体吸附在热障涂层表面,并沿着孔隙和裂纹等缺陷渗透至涂层内部,诱导涂层过早失效。采用等离子–物理气相沉积技术（PS–PVD）制备YSZ热障涂层,利用XRD、SEM等表征手段,对不同腐蚀时间的涂层物相成分、微观结构进行了表征。研究结果表明,YSZ涂层在1250℃下经过CMAS腐蚀后发生了相变;随着腐蚀时间的增加,CMAS沉积物会沿着热障涂层类柱状晶间隙渗透至内部,导致涂层结构出现疏松,并且在陶瓷层上部区域出现了类柱状晶断裂现象,涂层宏观表现为部分陶瓷层剥落;腐蚀8 h后陶瓷层部分区域出现了类柱状晶从粘结层上整体剥离;CMAS渗透深度随腐蚀时间的增加不断加大,在腐蚀3 h内其渗透速度相对较快,腐蚀3 h以后其渗透速度会相对变得缓慢。     

锆基陶瓷热障涂层的腐蚀研究进展

近年来随着航空与航海工业的迅速发展,具有耐高温、长寿命、耐腐蚀等优势的发动机叶片成为开发新一代航空发动机和涡轮发动机的重要一环。热障涂层（TBCs）作为常用的热防护技术,一方面可为发动机叶片部分金属基底提供隔热保护,使其免受高温气体的影响;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物腐蚀,造成过早失效,腐蚀类型主要有热腐蚀、CMAS腐蚀、熔盐腐蚀等。腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点。本文首先简述了以氧化钇稳定氧化锆陶瓷（YSZ）为主的热障涂层材料的主要特性,再简述了TBCs的不同腐蚀的反应机理,重点从涂层的微观结构设计、梯度涂层的设计、涂层成分改性及掺杂改性等方面与涂层腐蚀过程之间的影响关系出发,阐述了TBCs改性方法与涂层腐蚀的特点。提出未来涂层改进与防护的几种方法,最后对TBCs的腐蚀防护发展方向进行了展望。     

电子束物理气相沉积热障涂层的研究

７０年代以来，陶瓷热障涂层技术被广泛用于保护航空发动机的热端部件。热障涂层具有减少热流、降低热端部件工作温度（或提高发动机工作温度）、防止腐蚀和磨损、提高效率、节约燃料、延长零件工作寿命的功能。采用电子束物理气相沉积制备的热障涂层具有更高的抗氧化腐蚀剥落能力、界面结合力及热循环寿命。     

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].     

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。     

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。     

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。     

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     

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.     

等离子喷涂隔热涂层

氧化、热腐蚀和热疲劳是航空发动机的燃烧室与涡轮部件失效的主要原因。为了延长部件的使用寿命,通常采用涂层的方法来提高材料的高温性能。涂层用于高温合金已有三十多年的历史,开始主要为扩散型涂层(例如包渗法、真空包渗法、料浆包渗法以及镀铬随后热浸涂所制备的涂层),近年来,随着等离子喷涂、爆炸喷涂及蒸镀薄膜技术的发展,高温涂层的制备方法,已由扩散法向覆盖法转移。使涂层的高温特性不断提高,从而使涡轮的进口温度     

航空发动机陶瓷热障涂层技术

介绍了西方及俄罗斯采用陶瓷热障涂层来保护航空发动机的热端部件。电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法制备热障涂层(TBC)技术的出现,可望解决发动机转子件热保护这一难题。     

热障涂层失效行为及其修复再制造研究进展

热障涂层（TBCs）技术是降低燃气轮机热端部件表面温度、防止高温腐蚀、实现更高推重比的有效途径,但如果涂层失效,将会影响航空发动机使用的安全性。本文首先介绍了 TBCs 的成分结构,其次总结了冲蚀与外物损伤、烧结氧化、腐蚀三种常见的热障涂层破坏形式,然后阐述了国内外现阶段对破损或失效涂层的修复及再制造方法,最后针对如何抑制裂纹形成和扩展,提高热障涂层可靠性的问题进行了展望。     

新型高温/超高温热障涂层及制备技术研究进展

简单介绍了先进航空发动机高温/超高温热障涂层(TBCs)的研究背景、意义和现状;简述了近年来国际上在新一代超高温TBCs方面的研究进展。重点介绍了近年来北京航空航天大学在新型高温/超高温TBCs方面的研究成果,包括新型超高温、高隔热陶瓷隔热层材料,1 150℃以上新型抗高温氧化金属粘结层材料,以及电子束物理气相沉积(EB-PVD)、等离子体激活EB-PVD(PA EB-PVD)和等离子物理气相沉积(PS-PVD)等新型制备工艺。最后对TBCs在未来高性能航空发动机上的应用及发展趋势进行了展望。     

涡轮叶片涂层制备技术的研究

随着航空发动机推重比的提高（大于１０）,涡轮进口温度达到１８５０～２０００Ｋ,要求热端部件采用具有抗高温抗腐蚀高性能的热障涂层（ＴＢＣ）保护。因此,ＴＢＣ涂层的研究和制备已成为新机研制的重要课题。１涂层制备的实践６０年代,我国某发动机涡轮叶片是在无涂...     

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。     

航空发动机用环境障涂层的发展

碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（CMC-SiCf/SiC）具有低密度、耐高温、高比强度等优点,是下一代高推重比航空发动机热端部件的主要候选材料之一。然而,该材料在燃气环境中面临严重的腐蚀问题。因此,需要在材料表面涂覆环境障涂层进行防护。本文综述了环境障涂层的选材要求、材料发展阶段、涂层制备技术、涂层考核与失效等,指出了环境障涂层今后在选材、制备、考核与评价的发展方向。     

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。