热喷涂技术在航空发动机上的应用


热喷涂技术在航空发动机上的应用

 

 

由于热喷涂材料来源广、制备工艺稳定、涂层成分结构可设计性强、涂层质量可控、可制备多种功能及防护涂层,并可自动化生产,使热喷涂技术在航空制造技术领域获得了应用。航空发动机及飞机的关键零部件——压气机叶片榫头、机匣、封严篦齿、燃烧室、涡轮叶片、导向叶片、轴颈、轴承座、封严环、喷管等数以千计的零件需进行热喷涂制备涂层,热喷涂涂层的应用是航空发动机可靠性及服役寿命大幅度提高。

 

 

等离子喷涂技术生成的高温可磨耗封严涂层

 

   高温可磨耗封严涂层作为发动机部件的重要涂层之一,用来调控高压涡轮转子部件与机匣之间的间隙,对保持发动机的效率十分关键。我国国内研制开发的添加陶瓷减摩自润滑材料及聚苯酯的高温可磨耗封严涂层,涂层摩擦系数低,可磨耗性能优异,同时抗高温氧化性能及燃气冲刷性能优良。高温可磨耗封严涂层厚度一般超过1.5mm,必须采用机器人自动等离子喷涂技术,喷涂参数计算机闭环控制、涂层厚度在线监测,这样有利于涂层组织结构及厚度均匀,稳定涂层冶金质量。

等离子喷涂生成热障涂层

   热障涂层用于航空发动机及地面燃气轮机,保护发动机高温部件,如燃烧室、涡轮叶片、火焰喷管等,可大幅度提高部件寿命、提高发动机效率、降低部件温度或提高燃气温度。

   热障涂层的制备方法主要有等离子喷涂法和电子束物理气相沉积法。热冲击寿命和热导率为热障涂层的两个关键技术指标。没有优异的抗热冲击性能,热障涂层就不能在可靠性要求极高的航空发动机上获得成功应用。把涂层寿命做到数千、数万小时是热喷涂涂层成功应用于商用飞机发动机的关键所在。

   由于氧化钇稳定氧化锆在1200℃以上工作、在随后的冷却过程中相变,相变过程中材料体积将膨胀约4%,这种体积效应使涂层产生裂纹甚至剥落。国内外学者对两种或两种以上稀土氧化物复合稳定氧化锆的多元体系进行了较多研究,取得了明显进展,美国科学家开发的氧化钆、氧化镱、氧化钇三元稀土复合稳定氧化锆工作温度可达1500℃,并已商品化。

 

热喷涂技术发展趋势

   

  热喷涂技术经过100余年的发展,技术日益成熟,用途涉及航空航天、工业燃气轮机、汽车、电力、燃料电池与太阳能、医疗卫生、造纸与印刷等诸多领域。

要实现航空发动机在高推重比和高效能上的重大突破,就必须提高发动机中燃气温度,这必然造成高压涡轮热端部件表面温度的大幅度提高。碳化物、氮化物陶瓷SiC、Si3N4是最有可能取代镍基高温合金作为在更高温度下工作的发动机高温结构材料,制约其应用的重要因素是其在发动机高温燃气环境中的材料组织结构稳定性不足,碳化物、氮化物陶瓷能够和水蒸汽等反应生成挥发性的产物造成陶瓷材料结构及性能严重退化。在陶瓷表面采用气相沉积与等离子喷涂复合技术制备环境障涂层,可以有效阻止高温燃气气氛和陶瓷基体的接触,提高陶瓷基体的结构稳定性。

在某些重要应用领域需要高的涂层结合强度,甚至需要涂层与零件基体间冶金结合。为克服热喷涂涂层界面机械结合的不足,激光等离子复合喷涂技术应运而生。激光等离子复合喷涂涂层界面为冶金结合,涂层结构致密均匀,可用于发动机刷式封严跑道的制造。目前要解决的主要问题:一是控制热输入,避免涂层成分过度稀释及材料组分的分解;二是降低应力,避免涂层中出现裂纹。

 

 

   广州三鑫热喷涂专业生产各种热喷涂设备、等离子喷涂设备、超音速喷涂设备、电弧喷涂设备、喷锌机、喷铝机;火焰粉末喷涂设备、火焰线材喷涂设备,火焰喷塑设备及各种热喷涂涂层加工,陶瓷喷涂加工,碳化钨喷涂加工。

 

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