航空发动机热障涂层的CMAS腐蚀与防护研究进展

热障涂层（TBCs）广泛应用于先进航空发动机热端部件,可以有效提高发动机的工作效率和服役温度。随着发动机涡轮前进口温度不断提高以及工业生产和人类活动愈加频繁,TBCs面临严峻的CMAS腐蚀问题。目前CMAS腐蚀已经成为制约TBCs应用和发展的关键因素,如何提高TBCs的CMAS防护能力是TBCs领域的研究热点和难点。针对此问题,对不同类型CMAS的室温和高温特性进行总结,深入分析CMAS作用下TBCs的失效机制,总结TBCs的CMAS防护方法,综述TBCs的CMAS腐蚀与防护研究进展。结果表明,不同CMAS（如火山灰、沙石和灰尘等）的化学成分（质量分数）差异明显,影响了其高温黏度和熔化行为;高温下熔融CMAS渗入到涂层内部并与之发生化学反应,破坏了涂层的结构和性能稳定性,造成涂层失效;提出了增加惰性防护层、YSZ材料掺杂改性和研发新材料等方法,以提高TBCs的CMAS防护能力。最后对未来的CMAS防护新方法进行展望,对超高温长寿命TBCs的研制提供理论支撑。     

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。     

航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状

热障涂层是一种可以有效保障航空发动机涡轮叶片正常工作,同时显著提高其工作效率和服役时间的表面防护技术。热障涂层的性能在很大程度上影响叶片的承温和抗腐蚀能力,进而间接影响航空发动机的服役性能。涂层性能主要受其结构和材料2个方面的影响。介绍了涂层结构的优缺点和研究进展,当前常见的结构形式有双层结构、多层结构和梯度结构;介绍了粘结层材料的研究进展;对陶瓷层材料的研究进展进行了详述,如YSZ的掺杂改性、A₂B₂O₇型化合物、钙钛矿结构材料以及近年来兴起的几种高熵陶瓷材料,其中高熵陶瓷材料包括：高熵稀土钽酸盐、铝酸盐、锆/铪酸盐、磷酸盐、硅酸盐以及高熵稀土氧化物,分别从热导率、热膨胀系数、断裂韧性、热循环寿命和抗腐蚀能力等方面对其进行介绍;概述了热障涂层常见的几种失效形式如：TGO失效、CMAS腐蚀以及高温烧结,并且对其发生机理进行简要的介绍;展望了热障涂层未来的发展趋势和方向。     

铝化物高温防护涂层的现状

介绍了高温防护涂层的主要类型、制备方法及其失效方式，重点突出了铝化物涂层在高温防护领域的重要性和高温涂层、高温氧化问题研究的重要性，从而点出了应该进一步深人地研究铝化物涂层高温氧化规律的重要意义。     

未来航空发动机热障涂层材料及制备技术

概述了未来航空发动机热障涂层最有前景的新材料、结构和制备工艺。新材料主要有改进型氧化钇稳定的氧化锆、A2B2O7型材料;新结构主要有双陶瓷层;新工艺主要为制备含垂直裂纹的热障涂层的改进大气等离子体喷涂、等离子喷涂-物理气相沉积、悬浮液等离子喷涂、电子束直接气相沉积。这些相互结合,必将促进高性能热障涂层的快速发展和应用,使其在未来航空发动机中发挥重要作用。     

航空发动机冲蚀损伤及防护涂层研究进展

航空发动机高速发展,其服役工况日渐严苛。飞机在高低空飞行、起飞和降落过程中,空气中的沙粒、火山灰、雨水和冰晶等在高速气流作用下不可避免地被吸入发动机内,与燃烧室等热端部件工作过程中产生的高温多相冲蚀流体共同作用,造成各类冲蚀损伤并严重影响航空发动机服役期间的安全性。开发有效的航空发动机冲蚀防护技术及高性能冲蚀防护涂层已成为航空发动机安全服役的必要保障,但目前系统介绍航空发动机冷热端部件冲蚀损伤形式的文献极少。针对航空发动机服役环境下冷热端部件的主要冲蚀形式及产生原因进行归纳,分析航空发动机服役工况特点与冲蚀破坏机理。对航空发动机用抗冲蚀涂层体系进行归类,并对其研究进展及性能进行阐述,归纳航空发动机冲蚀防护领域的测试方法和国内外各学术团队的探索性研究。总结当前研究成果并作以展望,为航空发动机冲蚀损伤的研究和新型防护涂层的设计提供参考。     

航空发动机热障涂层的CMAS腐蚀行为与防护方法

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是航空发动机涡轮叶片的关键核心技术之一,可显著提高发动机工作温度,提升发动机推力和工作效率;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物(主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2,简称CMAS)腐蚀,造成过早失效.CMAS腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点.本文首先综述了学者们对TBCs CMAS腐蚀问题的认识历程以及CMAS本身特性,再简述了TBCs的CMAS腐蚀机理,重点从TBCs的表面防护层设计、涂层成分改性、新型抗腐蚀涂层材料开发以及涂层结构设计等方面阐述了国际上目前TBCs的抗CMAS腐蚀防护方法,最后对TBCs的超高温环境应用及腐蚀防护发展方向进行了展望.     

聚苯酯铝硅涂层在航空发动机上的应用与研究

本文介绍了聚苯酯铝硅涂层喷涂试验研究的过程，并结合该涂层在发动机零件上的应用，分析了涂层的性能及应用。     

航空航天用金属表面热防护涂层的研究进展

高温合金材料凭借其优异的综合性能而广泛应用于航空航天领域热端部件.近年来,随着航空航天技术的不断发展,飞行器的热端部件正逐渐面临着更为严峻和复杂的服役环境,因此对高温合金的耐高温、抗氧化等使用性能提出了更高的要求.表面涂层技术由于具有约束条件少、可设计性强、技术类型和材料的选择空间大、经济环保等优点,成为目前最常用的热...     

物理气相沉积高温涂层的发展和应用

50年代中期，在航空燃气轮机的发展中，热端部件(沮轮导向叶片和转子叶片)的腐蚀问题尖锐地提了出来，于是有了铝化物涂层的应用。从此叶片上的保护涂层成了不可缺少的。随着燃气轮机由作为飞机的动力发展到用作海上和地面的动力装置，为改善其技术——经济性能，提高涡轮进口温度，使用劣质燃料，     

等离子喷涂-物理气相沉积高温防护涂层研究进展

等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）是基于低压等离子喷涂发展起来的一种新型多功能薄膜及涂层制备技术。由于其独特的等离子射流特征,可实现气液固多相涂层沉积,获得非视线沉积。文中首先介绍了国内外PS-PVD技术等离子体数值模拟和在线检测技术的研究现状,其次讨论了PS-PVD羽-柱状结构热障涂层的形成机制及与传统热障涂层在热导率、抗冲蚀等性能方面的差异,阐述了PS-PVD技术制备环境障涂层的研究进展,最后对PS-PVD技术沉积高温防护涂层的优势和存在的问题进行了总结。     

热喷涂纳米结构热障涂层的最新研究

分析列举了近些年来热喷涂纳米结构热障涂层（TBCs）的最新研究进展和成果。重点比较了热喷涂纳米结构TBCs与传统TBCs之间的性能差异。最后对热喷涂TBCs的研究前景作了展望。     

脱粘裂纹扩展诱发热障涂层陶瓷层温度场演变与烧结行为研究

目的 研究等离子喷涂热障涂层(APS-TBCs)内部脱粘裂纹尺寸对陶瓷层温度场与烧结行为的影响.方法 采用有限元模型研究不同尺寸脱粘裂纹对其上方陶瓷层温度场变化规律的影响,并通过梯度热循环试验对裂纹上方陶瓷层烧结行为进行研究,采用扫描电子显微镜(SEM)分析陶瓷层表面和断面的组织形貌,并使用图片法对裂纹上方陶瓷层不同区域的孔隙率进行分析.结果 裂纹上方陶瓷层温度变化区域的面积取决于裂纹尺寸,且最高温度始终位于裂纹中心的上方陶瓷层表面,随着裂纹宽度向两端依次递减,其对应的上方温度依次递减.在本试验条件下,随着脱粘裂纹尺寸的增加,涂层厚度方向的最高温度以线性形式增加,裂纹尺寸每增加0.5 mm,其上方陶瓷层同一位置处的温度增加约30℃,且最高温度区域随之增大.裂纹长度超过3 mm时,在脱粘裂纹热阻效应下,裂纹上方陶瓷层区域的温度升高.裂纹越长,上方陶瓷层整体温度提升越高,不仅导致陶瓷层发生相变和烧结的区域增大,还使得相变和烧结速率升高.不同梯度热循环次数下,陶瓷层表面和内部均出现了数量和长度不等的脱粘、垂直裂纹,烧结面积逐渐增大.脱粘裂纹长度为4 mm时,其最大宽度约40μm.结论 脱粘裂纹上方陶瓷层温度变化以表面最高温度处为中心向四周呈放射性递减.越靠近陶瓷层表面,层状组织信息越少,相应区域的孔隙率越小,烧结和相变程度逐渐增加,使涂层发生脱落失效的可能性进一步增加.     

激光重熔对TiAl合金表面等离子喷涂热障涂层耐热腐蚀性能的影响

分别采用等离子喷涂和等离子喷涂一激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了热障涂层,研究了两种涂层在850℃：下75％Na2SO4＋25％NaCl（质量分数）熔融盐中的热腐蚀行为,进而分析激光重熔工艺对等离子喷涂热障涂层耐热腐蚀性能的影响。结果表明：激光重熔热障涂层可以有效地阻止熔融盐腐蚀介质进入涂层发生腐蚀,具有更优的抗热腐蚀性能和使用寿命。     

热障涂层无损检测技术研究进展

为提高发动机的涡轮前温度和热端部件服役寿命,热障涂层（TBCs）被广泛应用于燃气涡轮发动机。热障涂层具有多相、多界面和非均质特性,且其服役工况恶劣复杂。寻找一种可以表征涂层显微组织、缺陷、热物性、应力等反映涂层质量和剩余寿命的无损检测方法,对发动机的热端部件安全性和可靠性至关重要。文中综述了超声检测技术（UT）、声发射技术（AE）、红外热成像技术（IRT）、阻抗谱技术（IS）和光激发荧光压电光谱技术（PLPS）的原理以及其在热障涂层无损检测中的研究应用,并详细介绍了太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术及其在热障涂层中的应用。最后总结了上述无损检测方法的检测能力,并对热障涂层无损检测方法进行展望。     

金属表面耐高温防腐涂料的研究进展

长时间处于高温环境中,金属易发生氧化腐蚀,从而丧失机械性能直至破坏,严重影响了使用效能的发挥。在金属表面涂覆耐高温涂层,因施工简便、成本较低、耐热性能好等优点而获得广泛应用,对于防止材料高温腐蚀、节约资源等具有重要的经济意义。对目前常用的耐高温涂料进行分类,包括有机耐高温涂料和无机耐高温涂料两大类,重点介绍了有机硅树脂耐高温涂料和无机耐高温涂料,并简单描述了有机-无机复合耐高温涂料的有关情况。对不同类别耐高温涂料的化学组成、物理性能和耐热机理等进行了阐述,并结合涂料的结构特点对各自优缺点进行了分析与比较。根据耐高温涂料在现代工业发展中的重要作用,介绍了国内外关于耐高温涂料的研究进展和应用情况,指出了不同类别耐高温涂料在使用过程中存在的问题。最后结合当前工业社会向信息化社会转变的时代背景以及研究耐高温涂层的技术意义,对耐高温涂料的发展趋势进行了展望。     

高温防护涂层的熔盐热腐蚀研究进展

高温热腐蚀是热元件主要失效形式之一,Na₂SO₄和NaCl熔盐会加速高温下的热腐蚀,甚至导致灾难性事故发生。本文就Na₂SO₄和/或NaCl熔盐引起的热腐蚀进行了讨论,其中Na₂SO₄是主要的腐蚀反应物,详细介绍了2种典型的热腐蚀行为和性能特点。重点介绍了几种热腐蚀模型和机理,以及Na₂SO₄、NaCl、Na₂SO₄+NaCl熔盐的反应公式和腐蚀机理。根据目前的研究状况来看,制备防护涂层是缓解热腐蚀的最佳途径,总结了近年来MCrAlY涂层、NiAl涂层、热障涂层和新型涂层的发展情况,并探讨了进一步提高涂层耐腐蚀性能的方法。最后,展望了防护涂层的未来发展方向。     

不同结构8YSZ热障涂层对CMAS沉积物的防护作用

利用常规等离子喷涂和高能等离子喷涂工艺分别制备了不同结构的8YSZ热障涂层,研究了不同结构涂层在高温退火(1 250℃,2 h)和燃气热冲击条件(1 200℃/900℃)下对CMAS沉积物防护作用。结果表明:提高8YSZ涂层致密度和在其表面制备致密氧化铝封阻层可延缓CMAS沉积物渗入和反应,并提高涂层在CMAS耦合条件下燃气热冲击寿命,在孔隙率12.9%的8YSZ涂层表面制备厚度10~20μm致密氧化铝层,热冲击寿命提高4.4倍。8YSZ涂层致密度提高或表面致密氧化铝薄层制备,可进一步降低涂层表面粗糙度,同时燃气热冲击条件下氧化铝层自身逐层剥离的失效形式,均能减缓CMAS的粘附;1 250℃下氧化铝层会溶解进入CMAS提高局部Al含量,从而使CMAS中局部低熔点相向高熔点钙长石相转变,会进一步提高界面稳定性。     

热障涂层隔热性能测试方法分析

分别利用4种不同的隔热性能测试方法,对氧乙炔火焰喷涂工艺制备的ZrO2陶瓷热障涂层的隔热性能进行了测试,通过红外测温仪和热电偶连接温度记录仪两种不同方式,测试试样金属基体温度,获得4组不同涂层厚度试样金属基体的温度变化曲线,并结合陶瓷涂层的服役工况对测试结果进行了分析,结果表明,测试方法不同,隔热性能测试所得数据也有所差异,但这4种测试方法均可不同程度的反映热障涂层的隔热效果及变化趋势,在接近实际服役工况条件下,可定性评估涂层隔热性能。     

新型热障涂层用陶瓷材料及涂层性能计算机数值模拟研究进展

随着先进涡轮发动机性能的进一步提升,寻求低热导率、高热膨胀系数的新型陶瓷材料已经成为热障涂层领域的研究热点。计算机数值模拟在新型陶瓷及其涂层性能研究方面发挥了重要作用。综述了新型热障涂层陶瓷材料相结构、热物理性能、力学性能和对应涂层隔热性能、涂层有效热导率及涂层热应力等几个方面国内外计算机数值模拟研究成果,并指出了以上几个方面计算机数值计算研究存的不足。未来材料物理性能计算应当多研究元素掺杂及新材料相结构随温度和压力的变化关系,开发新的数学模型提高热导率、热膨胀系数及各种力学性能参数的计算精度。涂层的隔热性能和有效热导率方面应当进一步系统化,将各种涂层结构、涂层显微组织、材料组成及导热方式的影响考虑在内,开发新的计算方法并提高计算精度;涂层的冲击和残余热应力计算中未引入基体条件(材质、尺寸、粗糙度、温度)、涂层结构、界面形貌、涂层缺陷、单层厚度、服役环境等方面的影响,并应注重与实验结果进行对比。