航空发动机涡轮叶片热障涂层研究进展

涡轮叶片的热障涂层技术是保障和提升航空发动机性能的关键技术之一,涡轮叶片的工作环境要求热障涂层需要具备隔热性能好、热膨胀系数与基材相匹配、抗氧化性能好、抗熔盐腐蚀性能好等一系列特点,这对热障涂层的材料、结构以及制备工艺提出了巨大的挑战,是当前航空发动机领域的热点研究之一。本文对构成热障涂层的金属粘结层和陶瓷层材料,以及热障涂层体系结构的研究现状做了详细介绍,并简要介绍了常用的热障涂层制备方法,展望了金属粘结层和陶瓷层材料体系和制备技术的发展趋势,以期为未来航空发动机涡轮叶片热障涂层体系的构建提供有益参考。     

热障涂层技术在航空发动机涡轮叶片上的应用

经济和技术的快速发展有效地推动了我国航空发动机发展,新时期高推重比航空发动机已经成为航空发动机发展的主要方向,在提高航空发动机推重比的众多措施中最直接方式是提高航空发动机涡轮进口温度,以使得航空发动机在工作过程中能够更好地加热、压缩空气,从而使得航空发动机能够产生更高推重比。而航空发动机涡轮进口温度主要受航空发动机涡轮叶片承温能力影响。热障涂层应用于航空发动机涡轮叶片上将有助于提高航空发动机涡轮叶片承温能力。本文将就航空发动机涡轮叶片热障涂层的特点及技术应用进行分析阐述。     

航空发动机用热障涂层的发展

在延长航空发动机热端部件的寿命，提高效率，降低燃料消耗等方面，热障涂层已成为改善航空发动机性能的一种有效手段。随着等离子喷涂技术的不断完善，电子束蒸发物理气相沉积法，激光喷涂法等也相继问世。目前，对涂层剥落机理和寿命预测模型的研究了取得了相当大的进展，热障涂层的应用范围正不断扩大。     

铂热障涂层保护高温合金涡轮叶片

美国爱荷华州立大学研究人员研究出镍基合金叶片的铂基热障涂层。这种铂涂层可用于喷气发动机的热室，耐热温度高达1150℃。铂基热障涂层耐用性及可靠性均优于目前使用的陶瓷热障涂层。     

先进航空发动机热障涂层技术研究进展

评述了先进航空发动机热障涂层技术的重要意义.介绍了近年来国内外在热障涂层材料、涂层制备技术等方面的研究进展,最后展望了下一代高性能航空发动机热障涂层的研究和应用前景.     

航空燃气涡轮发动机用涂层

铝化物涂层 采用渗铝工艺对提高抗高温氧化和热腐蚀性能大有好处,所以航空工业曾对大量高压涡轮叶片进行了渗铝。其典型厚度约50μm,铝含量约30％。提高铝含量和增加涂层厚度,可显示涂层在一些用途中的优越性,但是在快速热循环状态下,也会增加开裂的危险。     

陶瓷涂层在航空发动机涡轮叶片表面处理中的应用

从涂层材料、制备方法、涂层特点及存在的问题等几个方面介绍了作层技术的研究和发展状况,并针对航空发动机涡轮叶片,在分析了陶瓷涂层作为叶片热障涂层的应用研究状况和效能的同时,提出在叶片易磨损部位的修复中应用陶瓷涂层以及直接用陶瓷涂层作为叶片耐磨涂层的设想。     

航空燃气涡轮发动机用涂层EI

<正> 铝化物涂层 采用渗铝工艺对提高抗高温氧化和热腐蚀性能大有好处,所以航空工业曾对大量高压涡轮叶片进行了渗铝。其典型厚度约50μm,铝含量约30％。提高铝含量和增加涂层厚度,可显示涂层在一些用途中的优越性,但是在快速热循环状态下,也会增加开裂的危险。     

热障涂层材料

热障涂层可以降低金属基底的温度、提高油料的燃烧温度和燃烧效率,而且还可以防止金属基底的高温腐蚀,在燃气轮机和柴油动力方面都有重要的应用价值。适合于做热障涂层的材料非常有限,它们必须符合一些基本条件:高熔点、在使用温度和室温之间无相变、热膨胀系数与金属基底匹配、热传导率低、与金属基底结合好,等等。具有高熔点的化合物中的元素基本分布在元素周期表中的ⅡA(Be,Mg,Ca)、ⅢA(Al)、ⅢB(Sc,Y,RE)、ⅣB(Zr,Hf),以及C、Si、B、N之间的共价化合物。稀土氧化物的熔点都在2000℃以上、热传导率低、而且化学性质稳定,是重要的热障涂层侯选材料。稀土化合物的热膨胀系数与高温合金不仅接近,而且其随温度的变化趋势与高温合金基本平行。双陶瓷层热障涂层综合利用各种材料的优点,能大大延长涂层的热循环寿命,是热障涂层新结构的一个重要发展方向。     

航空发动机叶片叶尖涂层的研究进展

对航空发动机叶片叶尖的失效形式进行了分析,总结了叶尖涂层的性能要求。简要介绍了几种不同类型的高温防护涂层并分析了其性能,对这些涂层应用于叶片叶尖的可行性进行了探讨。重点介绍了国内外不同设计理念的叶尖涂层,分析了各涂层的特点和存在的不足。综述了国内外关于叶片叶尖涂层的研究应用情况,指出了目前叶尖涂层的成分和结构优化、叶尖涂层制备工艺开发及叶尖涂层失效及修理等所存在的问题和未来的发展趋势。     

某航空发动机涡轮叶片的断裂分析

某型航空发动机在外场服役过程中出现声音异常现象,地面检查发现高压1,2级涡轮叶片以及高压2级涡轮导向叶片全部折断。通过现场勘查、断口分析以及金相检查等手段,确认了由伸根梨形孔处断裂的高压1级涡轮叶片是该次失效的首断件,聚集分布的铸造疏松缺陷是引起其早期疲劳断裂的主要原因;其他各级涡轮叶片断裂均属二次损伤引起的过载断裂。     

航空发动机关键部位热障涂层厚度智能反演算法

热障涂层（thermal barrier coating,TBC）是一种由金属粘接层和陶瓷层构成的隔热材料,具有热导率低、抗热疲劳及耐高温氧化等优异性能,能够很好地在高温环境下保护发动机关键部位。针对某关键部位多曲面基体热障涂层厚度的涡流检测,设计R45.5 mm以及R72.5 mm两种弹压式涡流传感器,建立3种机器学习算法的反演模型,并对曲面模拟试样进行测量,最后验证3种算法的反演精度。结果表明：R45.5 mm曲面试样随机森林算法的粘接层最大相对误差为9.01%,陶瓷层最大相对误差为4.33%;R72.5 mm曲面试样随机森林算法的粘接层最大相对误差为5.23%,陶瓷层最大相对误差为6.28%,均小于工业误差要求10%。     

航空发动机用热障涂层陶瓷材料的发展现状及展望

热障涂层具有低热导率、高稳定性、高热膨胀系数等特点,是航空发动机高温部件热防护的重要手段,因此对热障涂层隔热性能和使用寿命的研究一直是工程应用领域的一个重要内容.国内外学者对热障涂层材料的结构、材料体系以及失效和损伤行为进行了广泛的研究.本文综述了热障涂层材料的国内外研究现状,并对其材料结构、材料体系及失效和损伤行为三个方面在不同影响因素下的差异进行了归纳和总结,同时对其今后的发展趋势进行了展望.     

热障涂层材料研究进展

简要概述了热障涂层材料的基本要求,介绍了国内外热障涂层材料近年来的研究状况和发展趋势.目前广泛使用的是T2O3稳定ZrO2热障陶瓷材料及其粘结层材料,而稀土锆酸盐和稀土氧化物是非常有前景的隔热材料.     

航空发动机涡轮转子叶片的失效与教训

列举了我国航空发动机涡轮转子叶片20起典型失效事件的失效模式、形成原因及其影响,并阐述了这些失效事件的基本特征以及应吸取的教训.     

热障涂层材料的研究进展

热障涂层技术广泛用于航空涡轮发动机等尖端领域,相关的研究涉及新型热障涂层材料的开发、粘结层成分和表面结构的优化、高温氧化后热生长氧化物(TGO)或TGO/粘结层(BC)界面处残余应力水平的检测、新型涂层制备工艺的开发等诸多方面.主要阐述了时7-8YSZ热障涂层材料的改良、烧绿石结构材料的开发、超音速微粒轰击粘结层表面细...     

航空发动机涡轮叶片内部通道异物红外检测

主要围绕涡轮叶片红外热波无损检测系统硬件、软件、实验结果和图像处理等关键问题进行阐述。提出涡轮叶片内部通道异物红外热波无损检测方案,完成检测系统的设计;并完成具体实验,采集到标记区域不同温度、插入异物不同长度下的热图像。对热图像进行matlab图像处理,实现缺陷部位图像重构。     

航空发动机涡轮导向叶片冷气流量数值计算分析

本文采用商业软件对航空发动机低压涡轮一级导向叶片冷气流量进行了数值仿真计算,研究了单联导向叶片及三联导向叶片内腔冷却气体的质量流量。计算结果表明,数值仿真计算的质量流量值与水流量设备检测的质量流量值比较吻合,并且三联叶片的质量流量值基本上等于单联叶片质量流量值的三倍。因此,可以用此数值仿真计算方法计算单联叶片内腔冷却气流的质量流量,以此反应双联、三联及多联涡轮导向叶片的冷却气体流量的质量流量。     

涡轮发动机叶片钎焊修复研究

主要针对一级、二级镍基高温合金导向叶片的钎焊修复 ,进行了研究 .研究结果表明采用氟化物反应和机械方法可有效去除叶片裂纹处的氧化膜 ;叶片去除氧化膜后 ,采用镶块和预填合金粉相结合的工艺进行补钎 ,修复的叶片具有满意的性能 ,通过了涡轮喷气发动机地面 1 0 0h试车 .     

基于Campbell理论的航空发动机涡轮叶片共振裕度分析

针对航空发动机涡轮叶片的共振特性会导致叶片发生疲劳断裂、振动失效等问题,本文以某型号航空发动机涡轮叶片为研究对象,开展共振裕度分析研究。首先基于试验自锤击法和有限元物理仿真计算两种方法同步分析叶片的振动特性,通过提取叶片在两种工作状态下前6阶的模态分析结果,验证了该模型的正确性与实用性。其次在已有模型基础上,通过绘制不同工作转速下的Campbell共振曲线图,结合该型号发动机的实际工况参数,进行了转速共振裕度的校核分析,对叶片上可能发生共振的工作转速进行了解析并提出优化及改进方案。本方法主要是为叶片的前期设计制造及共振安全性检验问题提供了充足的科学依据和方法。