新型高温隔热可磨耗封严涂层研究及展望

介绍了可磨耗封严涂层和热障涂层的研究现状.通过对二者发展共性的探讨.提出了开发一种广泛应用于燃气轮机及航空发动机部件上,既具有高温隔热性能又具有高温可磨耗性能的新型涂层.该新型涂层通过热障涂层的工作方式,能有效提高发动机部件的使用温度,并能以可磨耗封严的工作方式改善发动机的密封性能,最终大幅度提高发动机的燃气效率及使用寿命.通过对该新型涂层的概念、结构特点、实现方法以及优异性能的系统分析,指出了新型高温隔热可磨耗封严涂层的应用潜力及研究发展方向.     

航空发动机常用封严涂层的金相制备与显微组织检测技术

目前对航空发动机封严涂层的检测技术研究十分欠缺,尤其是对封严涂层金相制样及显微检测评定技术的研究处于空白。通过对航空发动机常用的几种可磨耗封严涂层金相样品制备技术及截面显微组织评价技术的研究,确定了可磨耗封严涂层金相样品合适的制备技术及工艺参数以及可磨耗涂层组织中的各相形貌及相含量。试验结果表明:采用自动化制样系统和最佳制样参数才能够得到反映涂层真实显微组织结构的金相试样,研究的封严涂层相分析技术及典型图片,可以达到准确分析和评定热喷涂涂层质量的目的。     

基体结构对Al/BN涂层性能的影响

Al/BN涂层是一种适用于450℃以下的可磨耗封严涂层,常应用于燃气轮机压气机部位的气路封严。等离子喷涂Al/BN涂层在机械加工后常出现涂层表面疏松及涂层表面粗糙度不均匀的现象,在服役过程中会出现不可预料的涂层脱落以及粘附叶片等现象,影响发动机性能和可靠性。本文针对等离子喷涂Al/BN可磨耗封严涂层开展热喷涂工艺研究,对涂层显微组织、拉伸结合强度、硬度等性能检测及评价,并着重研究基体材料结构对涂层性能的影响,结果表明相对于平板试片,带有螺纹结构试片的涂层结合强度稍高,但其Al/BN涂层与底层厚度不均匀,造成结合强度值波动较大。     

热喷涂陶瓷-树脂复合涂层的研究现状

陶瓷-树脂复合涂层兼具陶瓷材料和树脂材料的优异性能,具有良好的力学性能、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能等,可用于防腐、减摩等领域,是当前热喷涂领域的新兴研究方向。如在先进航空发动机制造领域,通过在陶瓷涂层中添加树脂材料以增加涂层孔隙率,使高温可磨耗封严涂层的可磨耗性显著提升。然而,陶瓷与树脂的热物理性质和化学性质差异较大,导致复合涂层沉积时粒子的熔融沉积行为呈现复杂多样性,对涂层性能的影响规律尚不清晰。目前,国内外对陶瓷-树脂复合涂层的制备和应用开展了大量的研究,在不同热喷涂方法下,陶瓷材料和树脂材料对复合涂层结构、性能的影响取得了显著成果。基于此,本文综述了采用火焰喷涂、等离子喷涂、反应等离子喷涂三种热喷涂技术制备陶瓷-树脂复合涂层的国内外相关研究;比较分析了喷涂过程中,不同热喷涂技术对陶瓷材料与树脂材料的影响规律;梳理了等离子喷涂工艺的优化方法;展望了未来陶瓷-树脂复合涂层的研究重点与应用方向。     

抗剥落金属基可磨耗封严涂层结构匹配制备研究

新一代航空发动机对推重比提出更高的要求,而发动机叶尖与机匣的间隙是影响发动机效率的关键因素之一。在机匣内壁制备可磨耗封严涂层能有效减小气流泄漏、避免叶尖与机匣碰磨,从而使发动机高效、安全地运行。可磨耗封严涂层通常具有高孔隙率,然而高孔隙率易降低可磨耗面层/陶瓷隔热层界面强度,引发可磨耗涂层整体剥落。为此,开展可磨耗封严面层/陶瓷隔热层界面结构匹配设计,在保证涂层可磨耗封严功能的基础上,增强二者界面抗剥落能力。首先,通过数值分析方法发现,可磨耗层/陶瓷层界面处孔隙特征尺寸和孔隙率增加均会加剧可磨耗层沿界面剥落的风险。进一步,提出可磨耗封严涂层的结构匹配设计,即在靠近界面处增加抗剥落过渡层。最后,通过模拟和试验相结合,优化抗剥落过渡层厚度,证实过渡层可显著延长体系的服役寿命。     

防钛火金属/陶瓷阻隔层设计与制备方法

金属/陶瓷阻隔层不仅可用于防钛火可磨耗封严涂层起阻燃作用,还可用于航空发动机热部件的热障涂层.以航空发动机压气机防钛火涂层的应用为主要背景,对金属/陶瓷阻隔层体系结构设计、涂层材料以及制备方法进行了系统的阐述.在涂层材料层面,分别介绍了陶瓷层与金属粘结层的材料成分设计、性能特点及其合成方法.在涂层制备技术层面,主要阐述了等离子喷涂(PS)、电子束物理气相沉积(EB-PVD)以及新型的等离子物理气相沉积(PS-PVD)3种方法.最后,面向防钛火涂层的发展需求,提出了金属/陶瓷阻隔层未来在材料升级、工艺优化、性能表征以及涂层技术理论体系等方面的发展方向.     

喷涂工艺参数对可磨耗封严涂层的组织与性能的影响研究

研究了某可磨耗封严涂层在火焰喷涂过程中,送粉栽气N2的变化对涂层组织和性能的影响规律.研究发现:随着送粉载气N2流量增大,喷涂粒子的运动速度加快,涂层中的孔隙细小弥散,孔隙率降低,涂层的硬度和结合强度升高,涂层中有氧化现象.     

封严涂层性能评定的新方法

利用研制成功的新型电子冲击刮削试验发现，可测试航空发动机封严涂层的冲击载荷－位移曲线，由此得出的屈服载荷点、最大载荷点、冲击刮削韧性等参数可用于定量综合评估封严涂层的可磨耗性、抗冲蚀性以及涂层与基体结合强度。     

模拟服役条件下镍-石墨涂层的可磨耗性研究

火焰喷涂镍石墨封严涂层广泛应用于高压压气机前对开机匣和其他航空发动机零件上,其目的 是通过与叶尖或蓖齿之间的磨削控制转子与机匣壳体之间的间隙,从而提高发动机的效率,降低燃油消耗率,可磨耗性是评价封严涂层性能的重要指标之一.根据航空发动机设计的迫切要求,开展了模拟工况下镍-石墨涂层的摩擦磨损试验,并对涂层的可磨耗性进行了深入研究,分析了切削深度、切削速率等因素对涂层可磨耗性能的影响机制.结果 表明:在相同叶尖线速度下,切削深度对涂层磨损的影响比切削速率的影响更为显著;镍-石墨涂层在高线速度下的主要摩擦磨损机制是塑性变形和摩擦氧化;环境温度对涂层的摩擦磨损有一定的影响.     

飞机发动机用梯度封严涂层的研究

为了进一步提高封严涂层与基体材料之间的附着性能,对梯度封严涂层与1Cr18Ni9Ti不锈钢之间的附着性能进行了探讨。采用拉开法测试梯度封严涂层与1Cr18Ni9Ti不锈钢之间的附着强度,并用冷热循环法测试梯度封严涂层的耐冷热循环性能,与普通封严涂层的附着强度及耐冷热循环性能进行比较,结果发现：梯度封严涂层的附着强度比普通封严涂层的附着强度有提高,而且梯度封严涂层的耐冷热循环性能明显优于普通封严涂层。     

绿色起爆药的研究进展

斯蒂芬酸铅和叠氮化铅等传统起爆药含有重金属,对环境污染大,其应用受到了很大的限制。绿色起爆药是一类不含铅、汞等重金属,具有一定安定性且爆轰性能优异的起爆药品种,是当前火工药剂研究领域里的热门课题之一。从绿色起爆药的合成、性能及应用等角度对其近年来的研究进展进行了综述,梳理了绿色起爆药研究的发展方向和趋势,指出今后研究的几点重要方向:努力探索、寻找新的合成线路,并优化其工艺条件,实现绿色起爆药安全化、规模化、稳定化制备;进一步建立、健全绿色起爆药理论设计、性能评估、演示验证等方面的规范和标准;继续开发新型绿色高能起爆药的设计、合成与应用基础研究,进一步改善起爆药的综合性能;设计和选择合适的配体与金属离子以及控制反应条件等因素,对系统研究高氮杂环配位化合物类绿色起爆药的结构与性能具有重要的意义。     

Modified zirconia abradable seal coating for high temperature gas turbine applications

The results and development of a new full ceramic abradable turbine seal coating material prepared by thermal spraying are presented. The main objective was to achieve high temperature abradability and low mating part wear using an erosion-resistant coating with high temperature stability and thermal shock resistance. The new coating was successfully laboratory tested at temperatures of at least 1100°C (2012°F). Commercial metal-based abradable coatings which are currently available are limited to lower operating temperatures. Typical plasma- sprayed ceramic coatings, because of inherent high particle velocities, are normally to dense to permit abrading without experiencing high turbine blade tip wear damage. In contrast, lower velocity combustion-sprayed ceramic coatings frequently have lower toughness and cohesive particle strength for resistance to abrasive erosion. The new coating material is designed to react exothermically, during combustion spraying, to produce a coating both with high interparticle cohesive strength for resistance to abrasive particle erosion and with controlled porosity for low turbine blade tip wear and effective abradability. Adjustment of spraying conditions gives flexibility to alter the coating hardness and porosity and permits the tailoring of abradability and erosion resistance properties for specific operating requirements.Based on specially developed test methods for high temperature abradability, high temperature particle erosion and thermal cycling, the modified zirconia coating showed superior performance to high performance baseline materials tested in the program. Industrial evaluation of this coating is presently being conducted.     

Lightweight epoxy-based abradable seal coating with high bonding strength

To gain high efficiency and low fuel consumption, aluminum-based abradable seal coatings had been widely used in the compressor casing of aero engines or gas turbines owing to the low elastic modulus. However, the adhesive transfer phenomenon frequently occurs when the radial rubbing generates between titanium alloy blade tips and aluminum-based coating. It tends to increase scratch force and results in blades vibration and even engine jam. To eliminate this problem, a new lightweight epoxy-based abradable seal coating with high bonding strength was developed by an effective and porosity controllable mixing process that distributes spherical pores uniformly in the continuous matrix. A lightweight coating of 63% porosity with a hardness of 33.1(HR15 Y) can be reached when the content of hollow microspheres is 31 wt.%. The coating density is 0.5 g/cm~3 and the bonding strength is as high as 18 MPa.The performance of the epoxy-based coating is comprehensively better than aluminum-based coatings in five essential indices. This study is expected to provide a new technical path for obtaining high-quality abradable seal coatings to guarantee the efficient and safe operation of compressors.     

仿生法制备生物陶瓷涂层的最新研究进展

介绍了仿生制备生物陶瓷涂层的原理，工艺及在人体硬组织方面的应用，指出存在的问题和今后的发展趋势。     

氧化石墨烯在金属表面的应用及其机理研究进展

氧化石墨烯(GO)由于具有大的比表面积、优异的抗穿透性以及表面分布有大量官能团等特性,已成为防腐、渗透分离、涂层力学性能等领域的研究热点。本文综述了近年来GO应用在金属表面的研究进展,在综合国内外文献基础上,分别阐述了GO在金属表面用于防腐、渗透分离、涂层力学性能等方面的研究进展,并对其机理进行了总结与分析。防腐的作用机理主要为GO的物理屏障作用和具有对电活性介质的化学惰性;渗透分离的作用机理主要为GO的多层孔道结构和官能团的作用;涂层力学性能的作用机理主要为GO与涂层的相容性好及其表面官能团与金属基体可形成化学键。最后指出目前满足绿色环保、成本低廉且适合大规模工业化的GO复合材料制备工艺仍比较缺乏,其涉及的工艺参数、复合相体系设计等方面仍需进一步研究,并提出将其应用到金属防腐、油水分离、涂层力学性能等领域,以解决金属表面耐蚀性、油水渗透分离性能、涂层与金属基体间的黏结力等关键问题。     

The wear,deterioration and transformation phenomena of abradable coating BN–SiAl–bounding organic element,caused by the friction between the blades and the turbine casing

In modern design of gas turbines, the use of abradable materials for the coating seal of engines is widespread. Indeed, in order to increase efficiency of gas turbines, clearances between rotating blades and the casing should be as small as possible. Therefore, the blades scrape this BN–SiAl seal to form a minimum gap. The aim of this work is to investigate the behaviour of a particular abradable material, the BN–SiAl–bounding organic element, during interreaction with the blades under experimental conditions of operating the rotor blade. For this purpose, we use a Sulzer Metco abradability test. Tests are made with different incursion speeds of blade within the coating seal as well as linear blade velocities. The obtained results are shown in the form of graphs describing how the transfer of coating wear occurs and the different effects are observed on the coating surface.     

原位包覆金属纳米粒子的规模化制备及应用

介绍激光感应复合加热制备金属纳米粒子的方法,以及基于该技术原位制备碳包覆金属纳米粒子和有机物包覆金属纳米粒子,概括了原位包覆金属纳米粒子的应用。根据实际应用条件选择合适的包覆方法和包覆材料,可以极大地提高金属纳米粒子的产品性能和适用性,获得更高的应用价值。     

舰船高性能防腐蚀防污涂料研究进展

简要论述了海洋防腐蚀防污涂料的发展历史和研究现状,重点论述了舰船高性能防腐蚀防污涂料的最新研究进展。有机锡自抛光防污涂料被禁止使用之后,基于丙烯酸锌、丙烯酸铜和丙烯酸硅烷酯的自抛光防污涂料得到了广泛应用。基于含防污功能基团树脂的防污涂料、基于降解树脂的防污涂料以及基于表面结构特性的防污涂料技术成为当前防污涂料研究的热点。文中详细报道了降解树脂的结构对降解性能及力学性能影响规律,以及表面结构特性对污损释放型防污涂料防污性能的影响规律。随着环境保护法规的日趋严格,防腐蚀涂料向无溶剂(或高固体)、长效方向发展。报道了提高涂层的湿态附着力和致密性的方法,采用该方法可以大幅提高涂层的力学性能和耐蚀性能,满足了远洋和深海装备发展需求。     

煤岩材料对瓦斯吸附性能的研究进展

加快推进煤矿区煤层气勘探开发的步伐对推动我国能源结构调整有着重要的现实意义.煤岩材料对瓦斯的吸附性能蕴含了丰富的煤储层信息,对准确评价煤层气开发资源量至关重要.本文介绍了煤岩材料吸附瓦斯机理的研究进展,分析了高压容量法测定煤岩材料吸附瓦斯性能参数存在的问题,并探讨了相应的研究思路.主要介绍了水分、温度、低频振动、可控微波场、电场因素对煤岩材料吸附瓦斯的影响的研究成果,并提出了值得深入探索的方向.