航空发动机用高温防护涂层研究进展

航空发动机热端部件服役环境恶劣,往往遭受机械载荷、高温、腐蚀、冲蚀等多种耦合作用。目前先进航空发动机热端部件无一例外地采用高温防护涂层以提高高温部件的使用温度,延长部件服役寿命,提高发动机效率。针对热端部件具体的服役环境特点,合理的设计和选择高温防护涂层体系对于提高发动机性能具有重要意义。文中对国内外近年来航空发动机热端部件的高温防护涂层设计、材料、制备工艺等方面进行了综述,展望了航空发动机用高温防护涂层的研究和应用发展趋势。     

热障涂层先进陶瓷材料研究进展

随着航空航天技术的不断发展,恶劣的工作环境对镍基高温合金的使用性能提出了更高的要求,热障涂层是一种应用于涡轮发动机热端部件的表面技术,通过沉积在镍基高温合金表面以降低基底表面温度。概述了传统氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层的性能优势,包括优异的隔热性能、较高的热膨胀系数与断裂韧性。同时归纳了氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层在高温环境下存在的问题,包括氧化锆相变与涂层烧结造成的过早失效。在此基础上,重点综述了近年来热障涂层先进陶瓷材料的研究进展,包括稀土陶瓷材料与自愈合材料,其中稀土陶瓷材料包括稀土掺杂氧化锆、成分掺杂与结构设计的稀土锆酸盐、稀土磷酸盐、3种不同结构的稀土钽酸盐、高熵稀土陶瓷材料以及稀土铌酸盐等,自愈合材料包括二硅化钼与碳化钛。针对各种热障涂层陶瓷材料,分别从热震寿命、热膨胀系数、热导率、耐腐蚀性、断裂韧性等方面进行了归纳,并总结了各材料现阶段发展的不足之处。最后展望了热障涂层材料的发展方向。     

难熔金属合金及其高温抗氧化涂层研究现状与展望

难熔金属合金具有熔点高、高温强度高和加工性能良好等优点,被广泛用于航空航天、核工业等领域,但其高温抗氧化性能较差,涂覆高温抗氧化涂层是解决难熔金属合金热/氧防护问题的有效方式。概述钼、铌、钽、钨、铼等五种难熔金属合金国内外常用合金牌号及其主要性能,总结这五种难熔金属合金的高温抗氧化涂层常用体系、制备方法及其高温抗氧化性能,并提出多组元成分设计、复合梯度结构设计以及制备方法组合优化将是涂层研发的发展方向,有望逐步满足难熔金属合金各类热端部件的高温防护需求。     

高温防护涂层研究进展

简要介绍了高温防护涂层的发展进程,特别关注航空航天领域中几种常用的高温涂层,包括扩散涂层、MCrAlY包覆涂层和热障涂层;介绍了新概念涂层和玻璃基复合涂层等特色高温防护涂层;综述了国内外关于包括抗氧化或耐腐蚀涂层、热障涂层和扩散阻挡层等高温涂层的最新研究进展;还讨论了高温涂层未来的发展。     

高参数汽轮机部件CoCrWSi系涂层制备及性能研究

采用超音速火焰喷涂工艺制备CoCrWSi系高温抗氧化涂层,并对喷涂态涂层金相组织、显微硬度、结合强度、开裂韧性等性能进行分析.通过长时静态氧化、热震试验考核涂层高温抗氧化性能,采用扫描电镜(SEM)分析了涂层截面形貌及化学成分变化,探讨了抗氧化涂层的氧化过程与防护原理.试验结果表明:CoCrWSi系抗氧化涂层均匀致密,孔隙率小于1％,显微硬度达543～705 HV0.3,结合强度平均值达81.75 MPa.在200 h高温静态氧化和热震试验条件下,涂层仅有轻微氧化,涂层与基体无分离;氧化物由沿晶粒表面向晶粒内部逐渐包覆氧化,对基体表面起到了有效的防护作用,为630℃及更高温度等级汽轮机部件高温抗氧化防护提供了新的解决方案.     

氧化铝形成合金中活性元素效应的研究进展

高温金属防护涂层在先进航空发动机上有着广泛应用,其通过生成表面保护性氧化膜为发动机热端部件提供保护,以提高热端部件的抗高温氧化腐蚀能力,延长热端部件的服役寿命。微量活性元素由于能降低涂层材料的高温氧化速率,提高涂层表面氧化膜的粘附性而被广泛用于高温防护涂层的改性上,特别是用于超高温(≥1200℃)金属涂层潜在应用材料NiAl的改性上。但是截至目前,由于活性元素效应的影响因素复杂,相关作用模型并不完善,人们对活性元素效应的微观作用机理还存在较大的争论。从活性元素促进元素的选择性氧化、降低氧化膜生长速率和提高氧化膜粘附性等角度出发,综述了活性元素改性在高温金属防护涂层领域的研究进展,特别是针对以氧化铝形成合金为代表的金属防护涂层材料。重点分析了活性元素改性对氧化膜微观结构、生长机制、界面孔洞、内应力等的影响以及活性元素与杂质元素(如C和S)之间的交互作用。最后,对今后的研究工作进行了展望,希望在原子尺度进行更深入、更细致的研究,为超高温金属防护涂层的发展提供理论指导。     

热障涂层材料与技术的研究进展

热障涂层具有良好的隔热效果和抗高温性能,应用于涡轮发动机的热端部件,能显著提高使用温度,延长使用寿命。本文对热障涂层的材料、制备技术的新进展进行了综述,展望了热障涂层的发展趋势。     

SiC 涂层对不同碳基体氧化防护行为的研究

为了提高碳材料的抗氧化性能,采用料浆烧结法在石墨和C/C复合材料上制备了SiC 抗氧化涂层.测试了SiC涂层在1200℃的高温下对不同碳基体的氧化防护能力,利用扫描电子显微镜 (SEM)、X-射线衍射仪(XRD)对涂层结构进行分析.结果表明:SiC涂层对不同碳材料的抗氧化防护行为有很大差异,在1200℃的高温下SiC涂层对石墨具有较好的抗氧化性能,而对C/C复合材料的氧化防护性能较差.     

激光熔覆高温防护涂层研究现状及发展方向

本文对航空航天、汽车工业和火力发电等领域热端部件高温防护涂层的研究现状和成果进行了总结，分析了激光熔覆制备涂层可能产生的缺陷种类及形成原因，最后指出激光熔覆技术未来发展所面临的困难和挑战，并对该技术的发展方向和趋势进行展望。     

宁波材料所等在新型苛刻海洋环境服役涂层材料研究中获进展

MCrAlY(M=Fe,Co,Ni等)合金具有优异的抗氧化和抗腐蚀性能,作为热障涂层的粘结层材料或单层涂层材料在航空发动机热端部件中得到广泛应用.该类合金优异的抗氧化和抗腐蚀性能主要归因于在宽温域范围内,其表面能够形成一层稳定、致密且连续的氧化物保护膜(以Al2O3和Cr2O3为主).然而,在苛刻海洋环境中,除了潮湿空气的氧化,发动机部件还会遭到高腐蚀性氯盐的侵蚀.前期研究表明,Cr2O3在高温下与NaCl和H2O发生反应,导致连续氧化物保护膜被破坏,从而缩减发动机寿命.因此,亟需为发动机部件开发一种新型高温腐蚀防护涂层,以满足高盐高湿热海洋环境服役需求.     

稀土硅酸盐环境障涂层综述∗

硅基非氧化物陶瓷材料因其质量轻、强度高、韧性大等优点和其上的环境障涂层,广泛用于民用或军用飞机发动机的热端部件,但目前所用的传统环境障涂层保护效果并不理想。 因此对新发展的稀土硅酸盐环境障涂层进行深入研究,以使其能广泛用于高推重比发动机上具有重要意义。 稀土硅酸盐环境障涂层相较于传统环境障涂层,具有更好的隔热性、与基体更匹配的热膨胀系数(二硅酸镱)及优异的抗腐蚀性能,如稀土硅酸镱盐具有良好的抗水氧和抗熔盐腐蚀性能,这些性能能够有效提高硅基陶瓷及涂层在发动机恶劣环境下的使用寿命,目前已成为飞机的首选防护涂层材料,从而成为环境障涂层材料领域研究的热点。 从稀土硅酸盐环境涂层的主要应用研究背景、发展历程、制备方法、涂层性能、失效机理等方面系统阐述其各种特点,提出目前稀土硅酸盐环境障涂层易失效的多种原因,以及工艺制备和性能模拟测试方面的不足之处,为未来的涂层改进和研究发展指明了方向。     

A2Zr2O7型稀土锆酸盐热障涂层研究进展

综述了国内外稀土锆酸盐热障涂层在制备技术,纳米涂层,涂层结构及涂层的热物理性能、力学性能及热腐蚀性能等方面的研究成果,讨论了稀土锆酸盐热障涂层在每个方面研究存在的不足。指出未来应该进一步改善稀土锆酸盐涂层的制备工艺及后处理工艺,提高涂层的结合强度,延长涂层的服役寿命,改善涂层耐腐蚀、抗烧结等性能;开发新的涂层制备工艺,重点研究各类纳米稀土锆酸盐涂层的性能;进一步提高涂层的隔热效果、服役温度及工作寿命。     

Performance of thermal barrier coatings on γ‐TiAl

The current development of new generation gamma titanium aluminides is expected to result in alloy chemistries and microstructures capable of operating at temperatures in excess of 850 °C. Under these conditions, environmental and thermal protection becomes a concern since oxidation might eventually limit the maximum service temperatures achievable. Therefore protective coatings are necessary to exploit the full potential of gamma titanium aluminides at moderately elevated temperatures; however, as yet no coating system tested has proven sufficient performance for long‐term use in automotive and aerospace applications. Thermal barrier coatings (TBCs), typically applied to nickel‐based alloys, offer the potential to increase the service temperature of components by lowering the metal surface temperature in combination with cooling systems. The paper is focussed on development of thermal barrier coatings for gamma titanium aluminides. Different coatings were used for oxidation protection and bond coat application. Substrate specimens were either pre‐oxidized or coated with PVD‐Al₂O₃, TiAlCrYN, or diffusion aluminides. Yttria‐stabilized zirconia TBCs were deposited applying electron‐beam physical vapour deposition. Cyclic and quasi‐isothermal oxidation tests were carried out at 900 °C in air. Post‐oxidation analysis of the coating systems was performed using scanning electron microscopy with energy‐dispersive X‐ray spectroscopy. Zirconia top coats offer a promising thermal protection concept to be applied on γ‐TiAl components. However, high oxidation resistance has to be supplied by protective coatings. Diffusion layers of the TiAl₃ aluminide provided excellent environmental protection because of the formation of a continuous alumina scale. No spallation of the thermal barrier coatings was observed on aluminized specimens during 1000 1‐h cycles and 3000 h of cyclic and isothermal oxidation testing, respectively.     

石墨和C/C复合材料表面ZrB2-SiC陶瓷涂层的研究进展

C/C复合材料具有优异的高温力学性能,是航空航天领域最具发展前景的结构材料之一,但在高温含氧环境中的氧化问题严重地限制了其实际应用。涂层技术是提升基体抗氧化能力的有效手段,因ZrB_2-SiC陶瓷涂层具有优异的抗氧化、抗烧蚀、抗热震等性能,非常适合作为C/C复合材料的高温防护涂层。首先,介绍了ZrB_2-SiC陶瓷涂层在氧化和烧蚀过程中组织结构的演变规律,阐明了该涂层的高温防护机理;然后,综述了该涂层的主要制备方法(包埋法、CVD、等离子喷涂)及每种方法的优点与不足,并对不同方法所制备涂层的抗氧化性和抗烧蚀性进行了比较;之后,针对该涂层研究和应用中存在的问题,如涂层致密性差、元素分布不均匀、应用温度范围窄、与基体热匹配性差等,从粉体改性和掺杂改性两方面总结了该涂层的改性研究现状,重点阐述了对ZrB_2-SiC粉末进行喷雾造粒和感应等离子球化处理对于提升等离子喷涂涂层性能的重要意义;最后,从涂层制备、涂层结构设计、涂层改性、涂层性能测试等方面,指出了该涂层体系存在的主要问题和未来的发展方向。     

高导热涂层制备及其性能研究进展

随着高集成技术、微电子封装技术、大功率LED技术以及超级计算机的迅猛发展,小型化、微型化与轻薄化成为现代及未来电子设备、电子电路的发展潮流,因此对散热要求越来越高.目前电子器件及设备主要应用导热硅脂、导热硅胶及复合材料来实现散热.若在器件及设备上制备一层具有高热导率、耐腐蚀、结合强度良好的导热涂层,可以更好地实现散热.从高导热涂层的应用背景及导热涂层的特点出发,阐述了制备方法和材料体系不同的三大类高导热涂层,重点介绍了以喷涂技术、磁控溅射技术、涂料技术制备高导热涂层的研究进展.对比这几种导热涂层制备技术可以发现,因为空气是热的不良导体,基于冷喷涂技术制备的涂层孔隙率低的特点,加之对涂层进行热处理后会更加致密,所以冷喷涂技术制备的导热涂层具有较高的热导率.但目前的喷涂粉末具有导电性,因此喷涂在电路及电器设备上应用还不够成熟.基于冷喷涂技术制备绝缘、高导热涂层,提高器件设备的导热性能,还有待进一步探索.     

冶金严苛服役环境中热喷涂技术的应用现状及展望

以超音速火焰喷涂、大功率等离子喷涂等为代表的先进热喷涂技术,已成为冶金行业关键装备及部件在严苛服役环境下实现高温耐磨、耐腐蚀、抗结瘤、隔热等多功能化的关键技术.概述了不同热喷涂技术的基本原理及涂层特性,进而详细论述热喷涂技术在服役于严苛环境中的冶金关键设备(如连铸结晶器铜板、热镀锌铝锅组件及高温炉辊等)上的研究现状及应...     

钢结构热喷涂长效防腐蚀技术的研究与发展

综述了热喷涂技术在钢结构长效防腐蚀方面的研究与发展概况。对锌、铝及锌铝合金涂层的耐蚀机理和防护特点作了比较,从国内外对长效防腐蚀涂层的耐蚀性研究、热喷涂防腐蚀材料的开发、防腐蚀喷涂工艺等方面阐述了该项技术的发展,指出了热喷涂长效防腐蚀技术存在的问题并对其发展前景作了展望。     

用于热障涂层的锆酸钆材料研究进展

为了满足新型航空发动机的性能要求,需要开发出能在超高温条件下服役的热障涂层材料。近年来已有多种陶瓷材料被证实在热障涂层领域具有发展前景,在这之中,稀土锆酸盐材料有着高温下热导率较低与稳定性良好的特点,其中又以锆酸钆材料的热导率最低,热膨胀系数最高。概述了锆酸钆材料的结构特点,对其在高温下发生的有序无序转变进行了介绍,总结了原因及变化规律。简要分析了与其他材料相比,锆酸钆材料具有良好热性能的原因;归纳了粉末制备过程中常用的两种方法:固相法与液相法,在此基础上,总结了近年来不同制备方法与粉末团聚过程中工艺与参数的研究现状;最后,提出了锆酸钆材料在实际应用到热障涂层时存在的缺陷:断裂韧性与热膨胀系数较低,这就导致了单层锆酸钆涂层成形难度大,热循环寿命低。针对这一问题,重点综述了国内外对锆酸钆材料及热障涂层的改性方法,主要有掺杂改性、材料复合、涂层结构设计以及涂层制备技术,同时展望了新型热障涂层材料结合先进制备技术的发展趋势。     

热喷涂纳米结构涂层的研究

纳米材料具有许多优异的特性,利用热喷涂技术制备纳米结构涂层是一种应用纳米材料的有效办法.文中介绍了纳米结构涂层喷涂材料的制备,包括液体喂料制备纳米材料、纳米粉末材料和纳米药芯丝材的制备,以及热喷涂制备纳米结构涂层的种类,纳米结构涂层的种类包括纳米结构陶瓷涂层、金属-陶瓷纳米复合涂层和金属纳米结构涂层.简要介绍了制备这些涂层所采用的工艺方法,以及涂层的结构和性能.指出了目前热喷涂制备纳米结构涂层存在的问题,并对其应用和发展前景作了展望.