纤维增强钛基复合材料整体叶环设计技术

新材料和新结构的开发使用是航空发动机减重的一个主要技术途径,纤维增强钛基复合材料制备的整体叶环结构具有明显的减重优势。以Si C(f)/TA12整体叶环试验件为例,分别从结构、强度、工艺等方面阐述了整体叶环设计技术。利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,并采用最大应力准则和平均周向应力准则评估了整体叶环试验件的破裂转速。通过旋转试验初步验证了整体叶环的减重效果和强度计算方法,并对今后的研究方向进行了展望。     

稀土钽酸盐在热障涂层中的研究与应用

热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)是推进超高速飞行器与先进航空发动机发展的关键技术。目前最常用的热障涂层材料是氧化钇稳定氧化锆(YSZ),但是由于其存在高温相变会产生体积差这一致命缺陷,已不能满足下一代发动机的发展需求。故而,开发新一代热障涂层已势在必行。经试验证明,采用固相法所制备的稀土钽酸盐致密块体具有更加优异的热物理性能和机械性能:极低的高温热导率(1.1～1.3W/(m·K),1000℃),相比YSZ系列热导率值下降了50%;更大的降温梯度(300～500℃);基于高温铁弹增韧机制的良好断裂韧性。此外,稀土钽酸盐作为非氧离子缺陷型热导化合物,是一种氧离子传输的绝缘体,能够有效阻止热氧化物(Thermal Growth Oxidies,TGO)层的生长,大大延长热障涂层的热循环使用寿命,有望成为新一代应用于超高速飞行器和航空发动机的热障涂层材料。     

反应等离子喷涂TiCN涂层显微结构与性能研究

利用反应等离子喷涂制备了TiCN涂层,并采用扫描电镜、X–射线衍射仪和X–射线光谱分析了涂层的显微结构,采用显微硬度计、万能试验机和环–块式摩擦磨损试验机测定了涂层的机械性能和摩擦磨损性能。结果表明:涂层主相为TiC_(0.7)N_(0.3)和TiN,同时存在少量不定性石墨相和CN_x相。由于大气喷涂的氧化,形成少量Ti_2O。涂层为典型热喷涂铺展形貌,涂层与基体具有良好的结合性。TiCN涂层的显微硬度均在1000HV_(0.2)以上,远高于基体和黏结层硬度。由于涂层H~3/E~2大于0.1,具有较强抵抗塑性变形能力和耐磨性。     

航空发动机新型热障涂层研究进展

随着航空发动机使用环境要求不断提升,现有热障涂层技术在热物理性能和热稳定方面难以满足现 代航空发动机的发展需求。本文介绍了热障涂层制备工艺,热障涂层材料的设计和选择,以及热障涂层的失效 机理;归纳了热障涂层新型材料在材料热物理性能及材料稳定性方面的研究进展。指出了后续航空发动机新 型热障涂层的发展趋势,为后续研究提供了方向。     

热障涂层体系典型黏结层的抗热腐蚀性能

为了探究热障涂层体系中不同类型黏结层的热腐蚀行为,对比评价了4种典型黏结层(普通NiAl涂层、NiCoCrAlY涂层、Pt改性NiAl涂层以及Pt+Hf改性NiAl涂层)在900℃条件下Na_2SO_4/NaCl(质量分数75%∶25%)混合盐中的热腐蚀行为。利用扫描电镜、X射线衍射以及电子探针等手段分析了热腐蚀过程中的物相结构、显微组织演变规律。研究结果表明,普通NiAl涂层退化最快,NiCoCrAlY涂层的退化速率相对NiAl涂层有所减慢,两种改性NiAl涂层表现出较好的抗热腐蚀性能,其中Pt改性NiAl涂层具有最佳的抗热腐蚀能力,相比之下Hf元素的加入对Pt–Al涂层抗热腐蚀性能无益。     

非易燃易爆溶剂在喷涂烧蚀隔热涂层中的应用

为消除易燃易爆的风险,使用非易燃易爆溶剂SK-410B代替汽油作为烧蚀隔热涂料的稀释剂。测试了涂层的剪切强度、低温性能、耐湿热性能。电弧风洞试验结果表明:涂层抗冲刷性能良好;试片的最高背面温度为55℃,可满足使用要求。     

高温氧化对EB-PVD热障涂层内部应力场分布影响的数值模拟

针对电子束物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层(TBCs)复杂结构的特点,选用Walker黏塑性本构模型实现对其高温力学行为的准确描述.选择具有叶片曲率特征的圆管试样,并借鉴实际发动机载荷特征进行数值分析.重点考虑EB-PVD热障涂层界面的形状以及热生长氧化层(TGO)厚度变化对应力场的影响.计算结果表明,直线型界面对EB-PVD热障涂层结构的应力场改变不大,而余弦界面对EB-PVD热障涂层的应力场改变的幅度可达2倍之多;热生长氧化层的出现导致陶瓷层界面处的应力绝对值增加;无论是循环至最高温度1 050℃还是冷却到100℃时,界面波谷始终受径向压应力,此处不易形成损伤,而波峰处的应力比较大,且其应力状态是损伤容易形成的部位,可以认为是陶瓷层失效与破坏的危险点.     

航空有机涂层在户内加速试验与户外暴露中的损伤等效关系

开展航空有机涂层在户内加速试验与户外暴露过程中的损伤等效关系研究,为飞机蒙皮的寿命预测提供基础数据。进行涂层的长期户外暴露和户内加速试验,同时跟踪观察涂层表面形貌变化,利用电化学阻抗谱(EIS)定量分析涂层损伤,进而研究涂层在户内加速试验和5年热带海洋大气环境中的损伤行为。研究发现,有机涂层试样在经历7个户内加速试验周期和5年户外暴露后,试样中心区域仍然十分完整,但是电化学阻抗模值显著下降;有机涂层户外暴露与户内加速试验的相关系数为ρ=0.77,经过6个户内加速试验周期的有机涂层试样的损伤与在海南万宁3年户外暴露的损伤等效;经过3年户外暴露或者5个户内加速试验周期后,有机涂层试样的特定频率电化学阻抗模值Zf=0.1开始与合金基体的Zf=0.1在一个数量级上,由TB06-9锌黄丙烯酸聚氨酯底漆和TS96-71氟聚氨酯无光磁漆组成的有机涂层开始失效。     

ZrO2基热障涂层陶瓷材料研究进展

由于ZrO2基陶瓷材料在热障涂层上的广泛应用,本文综述了氧化物(一元、二元、多元)稳定ZrO2、MZrO3化合物及Ln2Zr2O7化合物的研究情况。结果指出氧化物稳定ZrO2在热障涂层上的应用空间已十分有限,随着航空发动机技术的发展,化学式为A32 B24 O7焦绿石结构的陶瓷材料有望替代YSZ,根据声子导热理论和晶体化学原理,用稀土元素离子对A32 B24 O7型陶瓷材料进行掺杂进一步降低其热导率,将为热障涂层技术应用开辟广阔的空间。该机理对MZrO3同样适用。     

Ti的添加方式对反应钎涂碳化物／铁基合金复合涂层组织结构的影响

利用钛铁粉、纯钛粉、铬铁粉或纯铬粉、硼铁粉、镍粉、硅粉和胶体石墨粉,真空条件下通过反应钎涂在低碳钢基体表面制备与基体为冶金结合的碳化物/铁基合金复合涂层.研究Ti的添加方式对涂层组织的影响.试验结果表明,涂层组织结构由粘结相Fe基体相和增强相碳化钛、碳化铬构成.Ti的添加方式对涂层组织结构影响很大.不同的Ti添加方式,导致涂层中碳化钛形态及涂层致密度差别较大.分析认为,Ti的添加方式对涂层组织结构的影响是由于涂层TiC合成时受到的动力学条件不完全相同造成的.