航空发动机涡轮叶片热障涂层失效分析研究

采用扫描电镜及能谱对航空发动机涡轮叶片热障涂层进行失效分析,将叶片划分为9个区域,发现其前缘区域由于涂层的使用温度高、粘结层氧化、尖晶石等大量生长,导致在TGO/陶瓷层界面处产生大量的生长应力,呈TGO/Top coat界面分层失效。后缘区域呈粘结层/基体分层分裂失效,同时所有区域都有CMAS腐蚀。CMAS附着在涂层表面,沿着纵向裂纹等缺陷渗透到涂层内部,引发涂层产生横向分层,并导致涂层腐蚀剥落。     

服役环境对涡轮导向叶片热障涂层失效模式的影响

目的 基于服役环境下热障涂层失效行为的复杂性,分析服役环境对涡轮导向叶片热障涂层的影响,并总结涡轮导向叶片热障涂层的失效模式。方法 针对服役环境下某型民用航空发动机涡轮导向叶片,使用UG软件建模,并且采用FLUENT软件对其进行三维共轭传热计算,结合热障涂层宏微观形貌、钙镁铝硅酸盐（CMAS）侵蚀行为、热生长氧化物（TGO）的生长情况,以及孔隙率和硬度的变化,通过引入涂层损伤系数,建立一种新的热障涂层区域失效评估模式,综合分析服役环境对涡轮导向叶片热障涂层区域化失效模式的影响。结果 在经历了8500h服役后,涡轮导向叶片表面热障涂层的失效模式因服役环境的局部差异而不同。叶片前缘区域最高温度达到1 501.69 K,发生了严重的低熔点氧化物侵蚀,导致陶瓷层的孔隙率降至11.909%,TGO等效厚度生长至1.870μm。后缘区域的最低温度为980.46 K,未见CMAS侵蚀,陶瓷层的孔隙率降至13.701%,TGO等效厚度生长至2.676μm。叶盆、叶背表面平均温度分别为1363.47K和1 264.14 K,发生了轻度低熔点氧化物侵蚀,陶瓷层的孔隙率分别降至12.176%和13.371%...     

涡轴8E发动机一级涡轮叶片高温腐蚀对比试验

涡轴８Ｅ发动机是我国八十年代初从法国ＴＭ公司引进的装在直九Ｃ（舰开反潜）直升机的动力装置。其一级涡轮叶片用ＨＣ１５渗铝涂层和低压等离子喷涂层（中国产和法国产）防护。为考核这两种涂层和中、法两国喷涂低压等离子涂层的质量，采用ＲＦＬ－１型燃气腐蚀试验器作模拟对比试验。结果表明，ＨＣ１５渗铝涂层的抗高温腐蚀性能较差；国产下法产低压等离子喷涂层的质量无明显差异。     

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。     

IC-6高温合金的氧化性能与防护

测定了IC－6高温合金在900℃－1100℃的氧化动力学曲线。结果表明：900℃，IC－6合金的氧化膜主要由α－Al2O3、NiAl2O4和NiO构成并含有少量的NiMoO4和MOo2.1050℃和1100℃氧化时，IC－6合金表面生成了挥发性很强的MoO3，发生了氧化失重，IC－6合金上沉积NiCoCrAlY涂层后，900℃，涂层的氧化膜主要为α－Al2o3；1050℃时，氧化膜主要为α－Al2O3和Cr2O3，大大改善了合金的抗氧化性；1100℃时，氧化膜主要由α－Al2o3、NiAl2O4和NiO构成，涂层虽然有一定的保护性，但效果不如900℃和1050℃时显著，形成以α－Al2O3和Cr2O3为主的氧化膜是使合金沉积NiCoCrAlY涂层后抗氧化能力大大提高的直接原因。     

钛表面高温防护涂层研究进展

对高温钛合金及钛铝金属间化合物而言,施加合适的高温防护涂层是目前实现长时间有效高温防护的唯一选择。回顾了钛表面五大高温防护涂层体系的发展现状,即热扩散渗铝(硅)涂层、金属间化合物包覆涂层、氮化物陶瓷涂层、搪瓷涂层以及惰性氧化物陶瓷涂层,总结了这些涂层的高温防护机理、改性方法以及失效机制。现阶段,单一的高温防护涂层体系及其制备方法在钛合金实际应用中依然存在着较大的局限性,设计和发展具有优异综合性能的新型高温防护涂层并发展相应的高效制备方法,仍是高温钛合金防护领域亟待解决的问题。 更多还原     

两种IC-6高温合金防护涂层的氧化行为

研究了IC-6高温合金及其防护性涂层NiCrAlY和NiCoCrAlY涂层在900～1100℃时的氧化.结果表明沉积NiCrAlY和NiCoCrAlY涂层后大大改善了IC-6合金的抗氧化性.在1000和1100℃时,NiCrAlY涂层的抗氧化性优于NiCoCrAlY涂层.900℃时,NiCrAlY涂层氧化膜主要是α-Al2O3,同时还含有少量的Cr2O3;而NiCOCrAlY涂层氧化膜为单一的α-Al2O3,但由于NiCoCrAlY涂层表面氧化膜不致密,降低了涂层的抗氧化性.1000℃氧化时,NiCrAlY涂层和NiCoCrAlY涂层的氧化膜主要由α-Al2O3和Cr2O3构成.     

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。     

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。     

某涡轴发动机Ⅰ级涡轮叶片叶尖涂层剥落失效分析

本文分析了某涡轴发动机Ⅰ级涡轮叶片叶尖涂层剥落的失效原因.宏、微观断口分析发现,涂层剥落断口主要呈烧蚀熔化形貌和瞬断形貌,表明涂层剥落主要由烧蚀引起;金相检查发现叶尖处基体γ'相已经粗化,表明叶片工作时有超温现象.综合分析认为,发动机在大修试车过程中T3温度超温是导致该叶片叶尖涂层剥落的根本原因.     

高能高速等离子喷涂MCrAlY涂层的抗高温氧化性能

为提高Ni3Al基高温合金IC6的抗高温氧化性能,采用高能高速等离子喷涂设备在其表面制备了MCrAlY涂层,测试了1 000℃高温条件下经300h氧化后涂层的抗氧化性能。结果表明:300h试验后,涂层的单位面积氧化增重为5.584g/m2,氧化速率为0.019g/m2·h,达到了完全抗氧化级。分析认为:高能高速等离子喷涂工艺制备的MCrAlY涂层与基体结合紧密,孔隙、裂纹及氧化物夹杂含量少,有效的阻隔了氧气的扩散通道,使得氧化物的生长缓慢。同时在高温氧化过程中,涂层表面生成了大量的Al2O3膜,阻碍了金属原子与氧原子的扩散,降低了涂层的氧化速率。另外涂层中含有的Y及Y2O3增加了氧化膜的粘附性,对氧元素的扩散具有抑制作用。     

长城3号防护涂层氧化性能研究

由于大功率烟气轮机使用在较恶省条件的氧化、腐蚀和冲蚀等工况条件，须对其叶片采用涂层防护。本文对新研制的长城３号（简称Ｃ－３），防护涂层材料的高温氧化性能进行了研究。采用等离子喷涂工艺，基底材料为ＧＨ８６４高温合金，结果表明Ｃ－３涂层在７００至８００℃抗温度氧化性能优良。本文还提出了涂层的氧化模型。     

钼及钼合金表面高温防护涂层的研究进展

系统总结了国内外关于钼及钼合金表面高温防护涂层的最新研究成果，分析了钼在不同温度区间的氧化特征，并基于涂层组织结构稳定性、涂层缺陷、涂层与基体界面结合强度、界面物理和化学相容性、氧扩散等多方面，概述了钼及钼合金表面高温防护涂层的性能要求。归纳了现阶段应用于钼及钼合金表面的高温防护涂层体系，主要包括单一硅化物涂层、改性的硅化物涂层、硅化物基梯度复合涂层、铝化物涂层、耐热合金涂层和氧化物涂层，重点讨论了涂层的成分和结构对其抗高温氧化性能的影响。同时，对比介绍了钼及钼合金表面高温防护涂层常用的制备方法，主要包括料浆烧结法、包埋渗法、等离子喷涂法、熔盐法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。最后，对钼及钼合金表面高温防护涂层现阶段存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

粉末冶金靶材多弧离子镀HY3涂层抗氧化性能

目的 研究靶材制备工艺对多弧离子镀(Arc ion plating,AIP)MCrAlY涂层抗氧化性能的影响。方法 采用粉末冶金方法制备NiCrAlYSi(HY3)靶材,然后采用AIP在DZ125合金基体上制备HY3涂层。在1 100 ℃下对粉末冶金靶材制备涂层进行200 h的静态氧化实验,采用SEM、XRD等对靶材和氧化前后的涂层进行微观组织分析,并与传统铸造靶材进行对比。结果 采用粉末冶金方法制备的靶材成分更加均匀,相尺寸约为5 μm,相较于铸造靶材降低了1个数量级。采用粉末冶金靶材制备的涂层(P涂层)元素分布更均匀、β相含量更高。经过1 100 ℃、200 h的高温氧化,P涂层的氧化增量为1.01 mg/cm²,低于铸造靶材制备的涂层(C涂层,1.10 mg/cm²)。在200 h后,P涂层表面的热生长氧化物(TGO)完整,而C涂层表面的TGO出现了剥落现象,P涂层的活性元素均匀分布,促进TGO内生成了少量弥散分布的钉扎氧化物Y2Hf2O7,提高了TGO的抗剥落能力。更高的β相含量促进了氧化初期θ−Al2O3的快速生成,有利于P涂层生成保护性能更好的TGO。结论 粉末冶金靶材成分的均匀性优于传统铸造靶材,采用粉末冶金靶材制备的HY3涂层的抗高温氧化性能优于铸造靶材制备的HY3涂层。     

高温合金Al-Si涂层抗高温氧化性能的研究

采用热扩散的方法 ,在K4 38高温合金表面制备了Al Si涂层。经 10 0 0℃× 5 0 0h高温氧化性能试验结果表明 ,K4 38镍基高温合金表面的涂层 ,在高温氧化过程中已转变成致密完整的α Al2 O3氧化层和富铝的 β NiAl和富镍的β NiAl化合物层 ,与基体金属的粘附性良好。Al Si涂层中Si元素的扩散和合理分布能有效的抑制β相的生长 ,延长涂层的退化速度 ,使涂层获得更佳的抗高温氧化性     

高温合金渗铝涂层抗高温氧化性能的研究

采用固体粉末包埋渗铝法，在K438高温合金表面制备渗铝涂层。对渗铝试样做了1000℃、500h高温氧化实验。实验结果表明：在氧化过程中，K438高温合金表面的涂层已转变成连续致密的α—Al2O3氧化膜、富Al的β-NiAl和富Ni的β—NiAl化合物层，氧化膜与基体合金粘附良好，在高温氧化过程中无明显剥落现象。随着氧化时间的增加，β相分解较慢，到500h时涂层仍具有良好的抗高温氧化性能。     

活性元素改性高温防护涂层的研究现状

活性元素(RE)可以显著降低合金的氧化速率和提高氧化膜的抗剥落性能,在高温合金及高温防护涂层上已经得到了大量商业应用,但至今对其微观作用机制尚无统一认识,相关理论体系也不完整。从RE改性高温防护涂层的制备、RE效应及作用模型、过掺杂和共掺杂效应等方面,概述了活性元素在高温防护涂层领域应用的最新进展。重点分析了RE添加对高温过程中氧化膜生长机制、微观结构和氧化膜粘附性能的影响,过量掺杂对抗氧化性能的危害以及多种RE掺杂对合金基体的改善作用。RE改性要在高温防护涂层上体现最佳效果,除需关注RE掺杂对氧化膜生长和氧化膜/涂层基体界面结合状态的影响外,还必须考虑涂层和合金基体的互扩散、涂层中的氧含量、涂层厚度等因素对RE添加种类和添加量的影响。针对目前的研究结果,提出RE改性高温防护涂层在应用上最亟待解决的问题,是确定不同合金体系中RE掺杂的最佳种类和含量。最后,对未来的研究方向进行了展望。     

Nb521表面改性Si-Cr-Ti涂层的高温氧化行为

利用料浆烧结法在Nb521合金表面制备了Si-Cr-Ti-W和Si-Cr-Ti-Al-Y2O3涂层,并对这两种涂层在1 400℃静态空气中的静态氧化行为进行了测试和研究。利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和波谱仪(WDS)对涂层在氧化过程中的微观组织形貌、元素分布和相组成进行了测试和分析,并建立了动态高温氧化模型。结果表明:两种改性涂层的氧化过程都遵循抛物线规律,添加铝、Y2O3和钨均能提高涂层的抗氧化性能。由于Al2O3和SiO2组成的复合氧化膜均匀致密且高温稳定性强,Si-Cr-Ti-Al-Y2O3涂层的抗氧化性能优于Si-Cr-Ti-W涂层的。     

铌合金表面高温抗氧化涂层

介绍了铌合金表面高温抗氧化涂层的4大体系——耐热合金涂层、铝化物涂层、硅化物涂层和贵金属涂层的组成、特点及制备条件。我国研究人员围绕飞机发动机涡轮叶片和火箭发动机燃烧室及尾气喷管用铌合金的防护进行了大量研究工作，研制的高温抗氧化涂层已经用于49kN推力发动机铌合围裙和姿态控制铌合金喷管。通过研究认为，PVD和传统熔烧工艺相结合的新工艺及纳米涂层技术是今后铌合金表面高温涂层制备的研究方向。