航空发动机涡轮叶片热障涂层研究进展

涡轮叶片的热障涂层技术是保障和提升航空发动机性能的关键技术之一,涡轮叶片的工作环境要求热障涂层需要具备隔热性能好、热膨胀系数与基材相匹配、抗氧化性能好、抗熔盐腐蚀性能好等一系列特点,这对热障涂层的材料、结构以及制备工艺提出了巨大的挑战,是当前航空发动机领域的热点研究之一。本文对构成热障涂层的金属粘结层和陶瓷层材料,以及热障涂层体系结构的研究现状做了详细介绍,并简要介绍了常用的热障涂层制备方法,展望了金属粘结层和陶瓷层材料体系和制备技术的发展趋势,以期为未来航空发动机涡轮叶片热障涂层体系的构建提供有益参考。

等离子喷涂制备钢质涂布刮刀陶瓷涂层

以涂层平面度为评价标准,通过正交试验优化等离子喷涂工艺参数,在普通蓝钢刮刀上制备Al2O3-20%TiO2涂层,并对涂层的显微形貌、结合强度和耐磨性进行了研究。结果表明:弧电流550A,喷涂距离100mm,走枪速度0.8m/s时等离子喷涂制备的Al2O3-20%TiO2涂层平面度最优;涂层具有良好的结合强度和耐磨性,结合强度大于30MPa;磨粒磨损机理为切削和脆性断裂或脱落磨损。

气膜冷却孔电加工工艺与装备技术研究

面向航空发动机热端涡轮叶片上气膜冷却孔加工,报道了近10年来的气膜冷却孔电火花加工研究现状,并阐述了在解决复合材料(高温合金基体+陶瓷热障涂层)、复合结构(圆形孔段+扩散结构)、表面低/无损伤的气膜冷却孔加工问题上的研究尝试,侧重在电加工工艺与装备技术方面的创新思想和研究进展。研发出功能主轴头、高能量密度脉冲电源、加工间隙伺服控制方法、组合冲液系统、贯穿检测方法等关键方法和核心技术。验证了无重铸层的电火花电解复合/组合穿孔加工工艺、扩散结构电火花分块成形加工工艺、氧化锆陶瓷热障涂层放电辅助化学加工工艺的可行性。集成研发出气膜冷却孔电火花加工的六轴数控装备,实现了直孔和斜孔批量化全自动加工过程,穿孔效率达到>20mm/min,孔径精度优于±20μm,重铸层平均厚度可控<10μm。

反应热喷涂Al_2O_3用于涂布刮刀的研究

研究了反应热喷涂Al2O3金属陶瓷涂层在涂布刮刀上的耐磨性能。结果表明,铝热反应热喷涂技术能够促进涂层结合强度的提高和涂层耐磨性的提高。涂层平均结合强度达8M Pa,耐磨性较之传统钢制刮刀耐磨性提高了2倍。

SHS法复合引风机金属陶瓷覆层叶片研究

发电厂引风机普遍存在叶片磨蚀问题，此类问题造成较大的经济损失－ 而精细结构陶瓷具有一般金属难以比拟的耐磨性能，研究开发耐磨陶瓷覆层风机叶片是一项有效的新型防磨技术－

陶瓷涂布刮刀的研制

本文使用等离子喷涂工艺利用普通蓝钢刮刀制备陶瓷涂布刮刀。研究了涂层的微观结构,进行了涂层结合强度、耐磨性性能测试。在本文研究的参数变化范围内,以刮刀涂层平面度为评价标准,通过对电弧电流、走枪速度、喷涂距离三个喷涂工艺参数的正交设计试验,确定了最优等离子喷涂工艺参数。

发电厂引风机叶片耐磨陶瓷覆层的SHS合成研究

发电厂引风机普遍存在风机叶片磨蚀问题，此类问题会造成较大经济损失。而精细结构陶瓷具有一般金属难以比拟的耐磨性能，因而，耐磨陶瓷覆层风机叶片是目前开发的一项新型防磨技术，该文提出了一种自蔓延高温合成风机叶片耐磨陶瓷覆层新技术。

涂布刮刀使用性能的分析

介绍了现行涂布生产线上常用的陶瓷刮刀、普通兰钢刮刀、金属陶瓷刮刀的不同性能。其中陶瓷刮刀运行时间长,涂布品质稳定,涂布面质量高,纸面细腻性好,在成本方面也有明显优势。

采用感应加热模拟航空发动机带陶瓷涂层叶片的受热状态

为了确保新一代高效航空燃气轮机和装置的运行性能并提高其参数,应将涡轮机前的燃气温度提高至1800 K以上。因此,必须改进冷却系统,研制新型高温陶瓷材料,以及对燃气轮机高温系统零件采用隔热和耐热涂层进行防护。内部散热系统的改进是将零件成为换热器,但随之会增大热应力和缩短热循环寿命。目前,燃气轮机所广泛采用的镍基耐热合金的使用温度已达到允许的极限值,只有采取措施限制穿过零件壁的热流,才可能提高燃气的温度。

陶瓷涂布刮刀在造纸工业中的应用

介绍了陶瓷刮刀在纸张涂布过程中的使用情况。从刮刀的正确选型,使用注意事项到操作要点等方面进行了论述,并对陶瓷刮刀在涂布过程中对纸厂提高产品质量,提高生产效益,降低生产成本的作用进行了详细介绍。

碳化钨涂布刮刀的研制

刮刀是涂布机的关键部件,传统的(无涂层)蓝钢刀片戓工具钢带制造的涂布刮刀由于其磨损快、寿命短,己经不能满足高速涂布机的生产要求,需要开发具有金属/陶瓷碳化钨(WC/Co)涂层的高耐磨型涂布刮刀。业界曾采用等离子喷涂等方法在钢带上制备各种陶瓷材质的耐磨涂层以提高涂布刮刀的使用寿命。但现行的工艺方法获得的涂层存在着涂层不致密、孔隙率高、结合强度低等不足之处,本研究采用国产的HVAF超音速火焰喷涂系统成功研制具有WC10Co4Cr碳化钨耐磨涂层的涂布刮刀,各项质量指标均超过等离子喷涂等方法制备的陶瓷涂布刮刀,其平均使用寿命为陶瓷刮刀的2倍以上,涂层质量可以与国际同类产品相媲美。

辐射涂层对空心涡轮叶片定向凝固组织的影响

为了得到组织细密的定向晶叶片,采用数值模拟和实验相结合的方法,对比研究了铸型表面涂挂具有较高辐射性能的石墨涂层和氧化铬涂层对空心涡轮叶片定向凝固组织的影响。理论分析表明,铸型表面辐射系数提高能够在一定程度上提高铸件顶端的温度梯度。实验结果表明,通过在铸型表面涂挂氧化铬涂层材料,显著提高了铸型表面辐射散热性能,降低了铸件顶端的一次枝晶间距。铸件顶端的一次枝晶平均间距为336μm,较未涂挂任何涂层减小12.5%,较涂挂石墨涂层减小2.9%,定向晶组织得到显著细化。采用铸型外表面涂挂氧化铬辐射涂层的方法成形的复杂结构空心涡轮叶片定向晶组织形态良好。