基于显微组织演变的涡轮叶片损伤分析

涡轮叶片作为航空发动机和燃气轮机重要的热端部件,在复杂温度场、应力场及氧化腐蚀等环境下工作,面临多种损伤失效风险。为了阐明涡轮叶片涂层损伤模式,总结了现阶段涡轮叶片涂层工艺、特点及其显微组织构成。在结合叶片材料热力耦合试验中相的演变规律研究成果基础上,对服役不同时间和类型的涡轮叶片基体和涂层系统的显微组织进行分析,并与原始组织对比;确定了各种服役组织损伤形式,主要包括涂层系统退化、原始缺陷导致的裂纹扩展、过热损伤及γ′相的退化等;初步给出了涡轮叶片损伤机理和服役环境评估,提出后期涡轮叶片工程化应开展的研究工作和注意事项,从而实现由服役叶片失效后分析向使用前预防的转变,完善涡轮叶片正向设计体系。     

钛基材上羟基磷灰石生物活性研究

考察了电沉积时添加双氧水(H2O2)与不添加H2O2对羟基磷灰石涂层在模拟体液(Simulated body fluid,SBF)和柠檬酸修饰的磷酸缓冲液(Citric acid-containing phosphate buffer solutions,CPBS)中浸泡时生物活性的影响。扫描电镜(SEM)观察了涂层的形貌,X射线衍射仪(XRD)与傅里叶变换红外吸收光谱测试仪(FTIR)对涂层的物相组成、结构进行了分析。SBF浸泡试验表明涂层具有良好的生物活性;CPBS浸泡试验表明电沉积时加入H2O2的涂层的溶解性降低。本项工作对研制钛基材上高生物活性、长效性的羟基磷灰石涂层有积极意义。     

铝金属基底月尘被动防护表面研究

月尘是探月任务中遇到的极大环境因素,对探月设备的粘附是影响其功能实现甚至重要部件失效的主要因素。月尘与铝金属基底粘附力可优化项为范德华力。针对以上理论结果,通过电化学刻蚀结合低表面能涂覆设计了一种月尘防护表面。通过控制防护表面制备过程中的时间和工艺得到不同粗糙度和表面能的防护样品,最终得出所制备样品的最优表面能为22.52mJ/m²,表面粗糙度为2.444μm。通过翻转测试得到翻转角度为60°时的月尘防护效率为58.41%。经测试,通过电化学刻蚀得出的样品,继续增加电化学刻蚀时间和电流,表面粗糙度继续增大,月尘容易卡在微结构中,并不能继续提高月尘防护效率。研究得出的月尘被动防护技术可以广泛应用于未来深空探测任务的部组件防护。针对不同的防护表面,后续可开展效果优良的防尘表面研究,本方法比主动月尘防护方法节省在轨电源损耗。     

湿吹砂电弧离子镀AlSiY涂层的抗高温腐蚀性能

为解决和减轻航空发动机及燃气轮机高压涡轮叶片合金表面的高温腐蚀问题,采用空心阴极电弧离子镀技术在DZ22定向凝固镍基高温合金表面沉积AlSiY涂层。结果表明,沉积的AlSiY涂层经过高温真空扩散热处理后由表面层、中间层和薄的内扩散层组成,为β–NiAl单相金属间化合物合金,具有高活度扩散渗铝涂层的组织特征。热腐蚀热重分析以及对涂层截面形貌观察结果说明湿吹砂处理显著改善了涂层抗涂盐及燃气高温腐蚀性能。未湿吹砂处理的AlSiY扩散涂层表面的涂盐和燃气热腐蚀产物皆为Al₂O₃和NiAl₂O₄,氧化膜较厚且涂层内有孔洞形成,涂层几乎全部退化成了γ′–Ni₃Al相。经过湿吹砂处理的AlSiY扩散涂层的涂盐和燃气热腐蚀产物都以Al₂O₃为主,生成的氧化铝膜薄而致密,显著改善涂层的抗高温热腐蚀性能,从而延长涂层的使用寿命。     

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。     

以MgO为助剂β-Si3N4晶种的制备与表征

在自增韧陶瓷的致密化过程中,添加β-Si3N4品种有利于长柱状晶的形成与生长,可以改善陶瓷的强度和韧性;以MgO为添加剂,通过对原始Si3N4粉进行热处理,制备出转相充分、具有柱状形貌β-Si3N4晶种.重点研究了MgO对氮化硅相变和晶种形貌的影响.实验结果表明在MgO添加量在1.5wt%和2wt%时,在1750℃下热处理2小时能得到β相含量95%以上和具有大长径比的β-Si3N4晶种.     

等离子涂层热疲劳失效模式及失效机理研究

开展了等离子涂层构件热疲劳实验研究,对失效过程及失效模式进行考察,分析了对失效起主导作用的应力分量.针对陶瓷层材料引入粘塑性本构模型,对涂层的热疲劳进行数值模拟研究.分析表明,氧化层厚度为2 μm时,陶瓷层波峰位置容易萌生Ⅰ型横向裂纹,界面中部偏上位置容易萌生Ⅱ型横向裂纹;氧化层厚度为8 μm时,陶瓷层内部法向应力主导横向裂纹的扩展;不同厚度的氧化层内部将形成较高的应变能密度.给出了等离子涂层内部裂纹形成过程及机理.      

3238树脂及其改性

 采用芳香二胺对3238韧性中温固化环氧树脂体系进行了改性。通过芳香二胺和环氧树脂预先反应,消除了芳香二胺对中温环氧树脂的固化及工艺的影响,改性前后差示扫描量热法（DSC）初始温度和峰顶温度的差别仅有3 ℃,最终固化程度的差别也仅有1%。通过芳香二胺刚性结构的引入,由于芳香二胺和环氧树脂的交联密度高于双氰胺环氧树脂体系,因此引入芳香二胺刚性结构提高了3238树脂的耐热性,干态玻璃化转变温度提高了29 ℃,且纯固化后树脂吸湿量降低了0~34%,湿态玻璃化转变温度提高了46 ℃。改性后树脂可能形成了高低交联密度区,产生了固化物交联状态的不均匀,在提高树脂体系耐热性能的同时,保持其原有的韧性,树脂浇注体的拉伸应力应变曲线呈明显的塑性变形,拉伸断裂伸长率达5~31%,复合材料的断裂韧性达1 133 J/m²。     

航空发动机零件超高压纯水去涂层技术

现代航空发动机的推力与其每个零件的表面质量之间有着紧密联系.为了改善零件的抗腐蚀和抗摩擦磨损性能,对于高频率使用的框类、壳体类、盘环类及涡轮叶片等,均在其表面喷涂一层特殊的等离子涂层.作为例行检查和维修工作的一部分,涂层需要定期更新,旧的涂层就需要去除.去除旧的涂层,通常采用化学液体去除方法,但是该方法可能对零件造成损伤,而且加工效率低,特别是在操作人员的安全以及环境保护等方面的问题正在受到越来越多的关注.     

空客A320系列飞机雷达罩防静电涂层电连续性问题研究

详细阐述了空客A320系列飞机雷达罩防静电涂层的作用机理,并依据维修手册,确定了影响防静电涂层电连续性的影响因素.通过试验,确认主要影响因素为防静电涂层的干膜厚度.有效的防静电涂层喷涂用量控制可控制防静电涂层的干膜厚度,从而实现防静电涂层的电连续性测试一次性通过.