MCrAlYs高温封严涂层制备工艺的优化及其性能

采用真空等离子喷涂与大气等离子喷涂的复合方法在K77基体材料表面制备出具有三层结构的MCrAlYs高温封严涂层,分别测量了涂层的金相组织、结合强度、表面洛氏硬度(HR15Y)以及抗粒子冲刷能力等性能。研究结果表明:喷涂功率是影响高温封严涂层性能的关键因素,喷涂功率高,粒子熔化好、涂层结合好、抗粒子冲刷性能相对较高;但是喷涂功率过高,涂层表面洛氏硬度相对较高,使用过程中,涂层易对转子叶片造成磨损伤害。因此选择合适的喷涂功率以在涂层结合效果与表面硬度之间建立一个平衡是高温封严涂层应用的关键。研究发现:在试验范围内,31kW为最合适的喷涂功率。

利用TiO_2包覆聚苯酯粉末制备高温封严涂层的研究

可磨耗性能是评价封严涂层好坏的重要性能指标,可以通过增加涂层的孔隙数量和添加润滑相来调节高温封严涂层中陶瓷层的孔隙率及硬度,最终改善高温封严涂层的可磨耗性能。所制备的高温封严涂层以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为耐高温基相涂层材料,聚苯酯为造孔剂,二氧化钛为包覆层和润滑相。主要介绍了二氧化钛包覆型聚苯酯粉末的制备方法和大气等离子弧喷涂制备涂层工艺,通过扫描电镜和激光显微镜对包覆型粉末和涂层截面进行观察,采用摩擦磨损试验机对涂层进行摩擦磨损试验。结果显示,聚苯酯颗粒表面被二氧化钛稳定包覆,制备的氧化锆基高温封严涂层中的孔隙大小均匀,孔隙率增加,摩擦因数降低,涂层摩擦磨损失重增加。

黏结相对YSZ基高温封严涂层沉积效率和热循环性能的影响

为解决YSZ(Y_(2)O_(3)部分稳定的ZrO_(2))陶瓷基高温封严涂层沉积效率较低和易于过早剥落失效的问题,选择氧化铝(Al_(2)O_(3))、钇铝石榴石(Y_(3)Al_(5)O_(12),YAG)及镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))为三种高温黏结相,通过喷雾造粒的方法分别制备出B0(无黏结相)、B1(含Al_(2)O_(3))、B2(含YAG)和B3(含MgAl_(2)O_(4))等四种YSZ基团聚颗粒,研究黏结相对涂层沉积效率和热循环性能的影响。结果表明,YAG的黏附和包裹作用最强,与B0型粉末相比,B2型粉末的沉积效率提高了181.49%;热循环过程中不断增长的裂纹扩展驱动力和陶瓷材料的脆性属性是导致陶瓷涂层剥落失效的主要原因,由于YAG相的弥散增韧作用,B2型涂层的断口呈现出类韧窝形貌,与B0型涂层相比,B2型涂层的断裂韧性提高了39.76%,热循环寿命提高了43.68%。YAG黏结相的添加显著地提高了YSZ陶瓷基高温封严涂层的沉积效率,同时较好地提高了涂层的热循环寿命。

粉末冶金高温封严材料

本文介绍一种以Ｎｉ－Ｃｒ为基添加适当减摩组元的新型粉末冶金高温封严材料，其工作温度达到９５０～１０００℃，具有高的抗氧化性、耐磨性和良好的减摩性，适用各种汽轮机、燃气轮机和其它航空发动机的高温封严。

多孔型高温封严涂层的研制

蜂窝状多孔结构有助于调整在高温下的硬度和粘结强度。采用溶胶凝胶法制备表面改性的PHB粉末,利用大气等离子喷涂制备陶瓷基多孔性高温封严涂层,微孔能够降低陶瓷材料的硬度,增大其断裂韧性,使其具有良好的可磨耗性能。

航空发动机陶瓷基高温封严涂层研究进展

高温封严涂层应用在航空发动机高压压气机和涡轮等气路封严部位,可以减少转子和静子之间的间隙,提高发动机效率、降低油耗,是当前研究的热点。从金属基高温封严涂层和陶瓷基高温封严涂层两个方面分别进行分析,总结国内、外高温封严涂层的发展及研究现状,指出我国在陶瓷基高温封严涂层研究和应用领域存在的差距;分析YSZ陶瓷基封严涂层失效的主要原因,并且分别从陶瓷涂层显微形态优化和显微组织优化两个角度进行展开,分析当前提高YSZ陶瓷基封严涂层热循环寿命的研究成果和存在的问题;探索了基于贝壳仿生结构设计和晶须增韧机理分别对涂层显微形态优化和显微组织优化的新思路,以及新技术面临的问题。在此基础上,展望了新型陶瓷基高温封严涂层的发展方向。

高温可磨耗复合梯度涂层喷涂工艺研究

按照常压等离子喷涂工艺路线,选择合理的喷涂工艺参数和复合喷涂材料的配比,使用常压等离子喷涂设备在发动机结构件上制备出了高温可磨耗复合梯度封严涂层。对该涂层显微组织、EDS微区成分、涂层组织抗氧化性和涂层氧化增重曲线的测试分析表明,涂层的结构和性能符合相关标准,制备的涂层达到了高温可磨耗封严涂层的使用要求,并已得到实际应用。

Ni_(3)Al合金蜂窝的制备及微观组织演变规律

目的研究Ni-Al扩散偶在热扩散过程中的微观组织演变规律,提出Ni_(3)Al合金蜂窝形成的模型。方法采用电镀技术在易加工的Al蜂窝表面电镀一定厚度的Ni,研究热扩散温度和时间对Ni-Al扩散偶组织结构的影响。采用X射线衍射仪对Ni-Al扩散偶进行物相分析;通过扫描电镜技术对Ni-Al扩散偶截面进行形貌及能谱分析,推测微观组织演变规律。结果热扩散温度为500℃时,随着热扩散时间的延长,Ni-Al界面处首先出现NiAl_(3),然后消失,最终形成以Ni_(2)Al_(3)为扩散层主体、NiAl和Ni_(3)Al为过渡层的多层实心结构;热扩散温度为700、1100℃时,Ni-Al扩散偶会分别形成以Ni_(2)Al_(3)、NiAl为内芯,纯Ni为外壳,并以NiAl、Ni_(3)Al薄层过渡的多层中空结构;热扩散温度为1300℃时,随着扩散时间的延长,Al相夹心层从Al、NiAl_(3)、Ni_(2)Al_(3)三相混合结构依次转化为成分均一的单相Ni_(2)Al_(3)和NiAl结构,扩散时间继续延长,Ni层随之耗尽,Ni-Al扩散偶最终形成以γ′-Ni_(3)Al为强化相的Ni-Al合金。结论Ni-Al固相扩散反应过程中,随热处理温度的提升,Al原子发生了明显的外扩散。Ni-Al液固扩散反应过程中,随热处理时间的延长,Ni原子发生了明显的内扩散。在1300℃热扩散1 h的条件下,能成功制备Ni_(3)Al基合金蜂窝壁。

MCrAlY涂层在航空发动机热端部件上的应用

本文关注航空发动机热端部件上应用的高温涂层,包括MCr Al Y包覆涂层、粘结层和高温可磨耗封严涂层;综述了国内外关于MCr Al Y高温防护涂层、高温可磨耗封严涂层的最新研究进展;讨论了MCr Al Y高温涂层未来的发展。