热喷涂技术在航空发动机领域的应用

整台发动机,从风扇到尾喷管的主要部件无不使用涂层。发动机涂层按用途分为抗氧化耐腐蚀涂层、隔热涂层、耐磨涂层和封严涂层。

  • 抗氧化耐腐蚀涂层:早期发动机因工作时间短而高温合金又含有足够的铬、本身能抗氧化,所以不施加涂层。然而,随着发动机寿命的延长和温度的提高,以及高温镍基合金中铬含量降到原有的50%,已不能抵抗高温氧化和热腐蚀,需要涂层防护。高温氧化和热腐蚀是涡轮叶片损坏的主要原因,可使工作寿命缩短到300小时。涂覆涂层后高温部件工作寿命可延长2~3倍。压气机转子和静子叶片使用含铝磷(铬)酸盐涂层保护。燃烧室既可使用高温搪瓷又可涂覆含铝磷(铬)酸盐涂层。涡轮转子和静子叶片多用加有铬、钛、硅、钇等改性元素的铝化物扩散涂层或扩散障涂层。加力燃烧室使用高温搪瓷或陶瓷涂层。 发展中的金属-铬-铝-钇包覆涂层的使用寿命比扩散涂层增加一倍以上,使用温度达1100°C。这种涂层常与氧化锆基隔热涂层组合使用,可降低温度50~100°C。
  • 耐磨涂层:影响发动机寿命的另一个因素是高温磨损,包括撞击磨损和微振磨损。爆炸喷涂或等离子喷涂碳化钨-钴、碳化铬-镍铬涂层最为有效。涂覆后,零件的耐磨损寿命可延长7~100倍,已在大型运输机的发动机上广泛使用。
  • 封严涂层:涂覆在发动机气流通道的间隙部分。涡轮的径向间隙每增大13毫米,发动机单位耗油量约增加0.5%;反之,减少0.25毫米,涡轮效率提高1%。另外,减少压气机的径向间隙还可以提高发动机的抗喘振能力,从而改善飞行安全性。常用的封严涂层要求硬度适中,既有强度又便于刮削。滑石粉涂层和镍-石墨涂层已获应用。正在研制中的氧化锆涂层能承受1300°C的高温。

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