熱噴涂技術在航空發(fā)動機制造中的應用與發(fā)展

熱噴涂設備技術在航空發(fā)動機上的應用由于熱噴涂材料來源廣、制備工藝穩(wěn)定、涂層成分結構可設計性強、涂層質(zhì)量可控、可制備多種功能及防護涂層，并可自動化生產(chǎn)，使熱噴涂技術在航空制造技術領域

所屬分類：

航空航天領域

關鍵詞：

熱噴涂設備

碳化鎢噴涂加工

陶瓷噴涂加工

熱噴涂涂層加工

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產(chǎn)品描述

熱噴涂技術在航空發(fā)動機上的應用

由于熱噴涂材料來源廣、制備工藝穩(wěn)定、涂層成分結構可設計性強、涂層質(zhì)量可控、可制備多種功能及防護涂層，并可自動化生產(chǎn)，使熱噴涂技術在航空制造技術領域獲得了應用。航空發(fā)動機及飛機的關鍵零部件——壓氣機葉片榫頭、機匣、封嚴篦齒、燃燒室、渦輪葉片、導向葉片、軸頸、軸承座、封嚴環(huán)、噴管等數(shù)以千計的零件需進行熱噴涂制備涂層，熱噴涂涂層的應用是航空發(fā)動機可靠性及服役壽命大幅度提高。

等離子噴涂技術生成的高溫可磨耗封嚴涂層

高溫可磨耗封嚴涂層作為發(fā)動機部件的重要涂層之一，用來調(diào)控高壓渦輪轉(zhuǎn)子部件與機匣之間的間隙，對保持發(fā)動機的效率十分關鍵。我國國內(nèi)研制開發(fā)的添加陶瓷減摩自潤滑材料及聚苯酯的高溫可磨耗封嚴涂層，涂層摩擦系數(shù)低，可磨耗性能優(yōu)異，同時抗高溫氧化性能及燃氣沖刷性能優(yōu)良。高溫可磨耗封嚴涂層厚度一般超過1.5mm，必須采用機器人自動等離子噴涂技術，噴涂參數(shù)計算機閉環(huán)控制、涂層厚度在線監(jiān)測，這樣有利于涂層組織結構及厚度均勻，穩(wěn)定涂層冶金質(zhì)量。

等離子噴涂生成熱障涂層

熱障涂層用于航空發(fā)動機及地面燃氣輪機，保護發(fā)動機高溫部件，如燃燒室、渦輪葉片、火焰噴管等，可大幅度提高部件壽命、提高發(fā)動機效率、降低部件溫度或提高燃氣溫度。

熱障涂層的制備方法主要有等離子噴涂法和電子束物理氣相沉積法。熱沖擊壽命和熱導率為熱障涂層的兩個關鍵技術指標。沒有優(yōu)異的抗熱沖擊性能，熱障涂層就不能在可靠性要求極高的航空發(fā)動機上獲得成功應用。把涂層壽命做到數(shù)千、數(shù)萬小時是熱噴涂涂層成功應用于商用飛機發(fā)動機的關鍵所在。

由于氧化釔穩(wěn)定氧化鋯在1200℃以上工作、在隨后的冷卻過程中相變，相變過程中材料體積將膨脹約4%，這種體積效應使涂層產(chǎn)生裂紋甚至剝落。國內(nèi)外學者對兩種或兩種以上稀土氧化物復合穩(wěn)定氧化鋯的多元體系進行了較多研究，取得了明顯進展，美國科學家開發(fā)的氧化釓、氧化鐿、氧化釔三元稀土復合穩(wěn)定氧化鋯工作溫度可達1500℃，并已商品化。

熱噴涂技術發(fā)展趨勢

熱噴涂技術經(jīng)過100余年的發(fā)展，技術日益成熟，用途涉及航空航天、工業(yè)燃氣輪機、汽車、電力、燃料電池與太陽能、醫(yī)療衛(wèi)生、造紙與印刷等諸多領域。

要實現(xiàn)航空發(fā)動機在高推重比和高效能上的重大突破，就必須提高發(fā)動機中燃氣溫度，這必然造成高壓渦輪熱端部件表面溫度的大幅度提高。碳化物、氮化物陶瓷SiC、Si3N4是最有可能取代鎳基高溫合金作為在更高溫度下工作的發(fā)動機高溫結構材料，制約其應用的重要因素是其在發(fā)動機高溫燃氣環(huán)境中的材料組織結構穩(wěn)定性不足，碳化物、氮化物陶瓷能夠和水蒸汽等反應生成揮發(fā)性的產(chǎn)物造成陶瓷材料結構及性能嚴重退化。在陶瓷表面采用氣相沉積與等離子噴涂復合技術制備環(huán)境障涂層，可以有效阻止高溫燃氣氣氛和陶瓷基體的接觸，提高陶瓷基體的結構穩(wěn)定性。

在某些重要應用領域需要高的涂層結合強度，甚至需要涂層與零件基體間冶金結合。為克服熱噴涂涂層界面機械結合的不足，激光等離子復合噴涂技術應運而生。激光等離子復合噴涂涂層界面為冶金結合，涂層結構致密均勻，可用于發(fā)動機刷式封嚴跑道的制造。目前要解決的主要問題：一是控制熱輸入，避免涂層成分過度稀釋及材料組分的分解；二是降低應力，避免涂層中出現(xiàn)裂紋。