可磨耗封严涂层性能评价技术研究进展

介绍了热喷涂可磨耗封严涂层的特点,阐述了可磨耗性、热稳定性、结合性能等评价技术的国内外研究现状与发展趋势,提出了我国在可磨耗封严涂层性能评价技术领域今后需要重点开展的研究方向。     

NiAl／BN可磨耗封严涂层摩擦磨损性能研究

利用大气等离子喷涂技术制备NiAl／BN可磨耗封严涂层,采用可模拟可磨耗封严涂层工况的高速／高温摩擦磨损试验机研究了涂层在650℃下的摩擦磨损性能,探究了涂层磨损机理。结果表明,涂层硬度对NiAl／BN封严涂层与K24镍基高温合金叶片间的摩擦系数、涂层磨损量和磨损机理均有明显影响。摩擦系数随涂层硬度增大而增大;涂层磨损量随硬度增大而减小;当硬度为35HR15y和45HR15y时,涂层磨损机理为切削、涂抹、摩擦氧化,当硬度为55HR15y时,涂层磨损机理为涂抹和摩擦氧化。     

可磨耗封严涂层研究现状及发展趋势

介绍了航空发动机可磨耗封严涂层的应用特点,论述了可磨耗封严涂层材料体系的国内外研究发展现状,并重点分析了我国在可磨耗封严涂层制备及应用领域今后需要重点开展的研究方向。     

可磨耗封严涂层粉料,喷涂工艺及基本性能的研究

分析了几种中温可磨耗封严涂料层粉料的特性,并改变喷涂工艺制得不同硬度的涂层,分析了涂层的组织和相结构,探讨了粉料和喷涂工艺对组织结构和基本性能的影响。研究结果表明,国产３０７涂层粉料颗粒较粗,包覆不理想,涂层组织疏松,硬度偏低。国产３１０粉料细小,使硬度高出Ｍｅｔｃｏ所要求的硬度范围;从硬度方面考核,国产３１３、６０１涂层粉料尚可。对试验的几种封严涂层,火焰喷涂通过改变工艺参数容易调整涂层硬度,等     

进给速率对AlSi/hBN封严涂层可磨耗性的影响

采用模拟工况的试验方法,利用高温超高速可磨耗试验机,研究了进给速率变化对AlSi/hBN封严涂层—TC4模拟叶片的磨耗行为及刮削性的影响,利用体视显微镜、扫描电子显微镜(SEM)分析了涂层和叶片的宏微观形貌;利用能谱仪(EDS)、X射线衍射分析涂层的相成分,结果表明:在温度为450℃,线速度为300m/s,进给深度500μm情况下,进给速率的改变对AlSi/hBN封严涂层—TC4模拟叶片的宏微观形貌和磨耗机制影响显著,低进给速率时,磨损严重,主要表现为切槽、叶片粘附转移和过热等机制;在中高进给速率时,可磨耗性较好,主要表现为切削和涂层材料向叶片的转移机制。     

机加工对 NiCrAl/SiO2 可磨耗封严涂层性能影响

利用大气等离子喷涂技术制备NiCoCrAl·Y_2O_3粘结底层,火焰喷涂技术制备NiCrAl/SiO2可磨耗封严涂层,研究了机加进刀量和机加线速度对NiCrAl/SiO_2涂层表面形貌、粗糙度和硬度的影响。经机加后,涂层相对平整、存在着明显的球形SiO2颗粒和带有切削碾压痕迹的NiCrAl组织形貌,同时伴有大量孔隙,涂层表面粗糙度大幅度降低,涂层硬度与喷涂态保持一致。当机加进刀量位0.10mm、机加线速度为1170mm/s时,ΔRamax和ΔHR15Ymax最小,分别为1.14μm和4HR15Y,粗糙度和硬度均匀程度最好,是NiCrAl/SiO_2封严涂层合适的机加工参数。     

NiCrAl/NiCg封严涂层高速可磨耗性能研究

NiCrAl/NiCg可磨耗封严涂层可以提高涡轮发动机效率,已广泛应用于航空发动机中高压压气机部位。本文采用高温高速刮擦试验方法对NiCrAl/NiCg封严涂层进行模拟服役工况条件下的可磨耗试验,试验后通过对磨损表面宏观形貌、微观组织形貌、磨损质量以及叶片高度磨损比等数据进行分析以评价涂层的可磨耗性能。结果表明,NiCrAl/NiCg封严涂层在不同的试验条件下均表现出优异的可磨耗性能,可以保护叶片免受损伤;当进给速率由5μm/s提高到500μm/s时,叶片涂层质量磨损比(IQR)值、叶片高度磨损比(IDR)均显著提高,NiCrAl/NiCg封严涂层的可磨耗性有所下降;单次刮削深度是影响NiCrAl/NiCg封严涂层可磨耗性能的重要影响因素,单次刮削深度越小,NiCrAl/NiCg封严涂层的可磨耗性能越优异。该研究为航空发动机应用中叶尖与可磨耗封严涂层相互作用的探索提供了新的基础数据,也为今后封严涂层性能研究及选定提供参考依据。     

等离子喷涂NiCrAlYi可磨耗封严涂层的动态应力测试

采用独特的平面应变动态测量方法,在线测量了等离子喷涂NiCrAlY涂层过程中试样的动态残余应变及其分布,获得了喷涂热应力随喷涂次数以及涂层厚度的变化规律.实验结果表明,本试验方法在线测试系统的置信度达到98%;在本实验条件下,随着喷涂循环遍数的增多,涂层厚度的增加,涂层的结合强度在不断减小,而在线测得的涂层动态热应力的累积则有不断增大的趋势,最终将导致涂层脱落.     

新型铝硅氮化硼复合涂层材料及可磨耗封严涂层的制备和性能研究

本文以铝硅合金粉和六方氮化硼为原材料,添加粘结剂,采用机械包覆工艺制备了铝硅氮化硼复合粉末;采用大气等离子喷涂工艺制备了可磨耗封严涂层,并对涂层的显微组织、表面硬度、结合强度和抗热震性能进行了研究.研究表明,该复合粉末材料具有良好的喷涂工艺适应性,能有效避免氮化硼组分在喷涂过程中的烧损,喷涂后涂层的各项性能良好,可以满足发动机对工作温度≤450℃的封严涂层的使用要求.     

铝含量对镍铬铝膨润土可磨耗封严涂层性能的影响

镍铬铝膨润土涂层是一种用于航空发动机、燃气轮机和透平机等封严部位的中高温可磨耗封严涂层。本文采用化学包覆工艺制备了铝含量在3.33 wt.%～4.68 wt.%之间的镍铬铝膨润土粉末,并通过火焰喷涂工艺制备得到镍铬铝膨润土涂层,研究了粉末铝含量对镍铬铝膨润土涂层组织和性能的影响。结果表明：随着粉末中铝含量的增加,涂层的硬度和结合强度呈现上升趋势;当铝含量为4.68 wt.%时,所制备的复合粉末材料经喷涂后,组织均匀性好,涂层硬度为52.84 HR15Y,结合强度为6.63 MPa,在室温及高温下IDR值均小于6%,可磨耗性能优良。     

TiAl/BN复合封严涂层的耐腐蚀性能研究

本研究采用大气等离子与真空等离子喷涂技术制备了Al/BN、Ti Al/BN两种金属和陶瓷复合型多孔涂层,用于航空发动机压气机部位的叶尖可磨耗封严。通过电化学测试和盐雾腐蚀实验对两种涂层的盐雾腐蚀性能进行了研究。结果表明,Ti Al/BN涂层的腐蚀电位明显高于Al/BN涂层(约450m V)。同时,在极化曲线测试过程中发现Ti Al/BN涂层出现了明显的钝化现象。经过960h标准盐雾腐蚀试验后,发现Al/BN涂层发生了较严重的腐蚀,而Ti Al/BN涂层仅发生轻微的腐蚀。腐蚀后涂层的XRD分析表明,Ti Al/BN涂层的腐蚀产物主要为Al(OH)3和Al O,没有发现Ti的腐蚀产物。Ti Al/BN复合涂层中形成的Ti Al合金是该涂层比Al/BN涂层更耐中性盐雾腐蚀的原因。     

TiAl/BN复合封严涂层的耐腐蚀性能研究

本研究采用大气等离子与真空等离子喷涂技术制备了Al/BN、TiAl/BN两种金属和陶瓷复合型多孔涂层,用于航空发动机压气机部位的叶尖可磨耗封严。通过电化学测试和盐雾腐蚀实验对两种涂层的盐雾腐蚀性能进行了研究。结果表明,TiAl/BN涂层的腐蚀电位明显高于Al/BN涂层(约450mV)。同时,在极化曲线测试过程中发现TiAl/BN涂层出现了明显的钝化现象。经过960h标准盐雾腐蚀试验后,发现Al/BN涂层发生了较严重的腐蚀,而TiAl/BN涂层仅发生轻微的腐蚀。腐蚀后涂层的XRD分析表明,TiAl/BN涂层的腐蚀产物主要为Al(OH)3和AlO,没有发现Ti的腐蚀产物。TiAl/BN复合涂层中形成的TiAl合金是该涂层比Al/BN涂层更耐中性盐雾腐蚀的原因。     

可磨耗封严涂层发展及应用

论述了可磨耗封严涂层的应用特点、国内外现阶段涂层的发展,以及涂层的性能测试方法。其中重点列举了几种可磨耗封严涂层的使用条件及应用部位。     

几种热喷涂封严涂层的冲蚀磨损行为研究

抗冲蚀性能是可磨耗封严涂层的重要性能之一。本文采用氧-乙炔火焰喷涂技术,在45#钢基体上分别制备了CuAl复合涂层、NiCr-Al复合涂层和NiCrFe/Al(基)复合涂层。利用自制的冲蚀试验机,研究了三种涂层在不同角度下的冲蚀行为,对冲蚀后涂层的表面形貌以及截面形貌进行了SEM观察,结果表明:相同工艺参数制备的三种涂层,CuAl复合涂层抗冲蚀性能最好,NiCr-Al复合涂层次之,NiCrFe/Al基复合涂层性能最差,软性材质hBN的加入不利于涂层抗冲蚀性。冲蚀角度对涂层的冲蚀磨损行为特征有显著影响。低冲蚀角度涂层的磨损行为主要表现为显微切削和疲劳剥落;高冲蚀角度时涂层的磨损行为主要表现为片状剥落。     

喷涂工艺参数对铝硅氮化硼封严涂层组织及性能的影响

采用大气等离子喷涂方法制备了铝硅氮化硼封严涂层,通过对涂层显微结构、硬度、结合强度和飞行粒子状态的研究,分析了喷涂工艺参数(功率22～34kW、送粉量30～50g/min及喷涂距离90～150mm)的变化对涂层组织和性能的影响规律。研究结果表明:随着功率的增加,飞行粒子温度和速度均增加,涂层的孔隙率和BN含量降低,硬度和结合强度提高;随送粉量增加,粒子温度和速度均减小,涂层孔隙率和BN含量增加,硬度和结合强度降低;随着喷涂距离的增加,粒子飞行速度降低的影响大于温度升高的影响,导致涂层孔隙率和BN含量提高,硬度和结合强度降低。     

等离子喷涂NiCrAlYSi基封严涂层的性能研究

采用大气等离子喷涂方法制备NiCrAlYSi基封严涂层,涂层采用聚苯酯为造孔剂,氟化物为自润滑相。研究发现,随着聚苯酯的含量增加,涂层孔隙率增加,硬度下降。喷涂参数(喷涂距离,喷涂功率)对涂层的硬度亦有较大影响,随着喷涂参数的改变,喷涂过程中聚苯酯的氧化程度各异,从而影响了涂层中的孔隙率,进而导致涂层硬度的变化。因此,通过调控喷涂参数和聚苯酯含量,可以达到对涂层孔隙率及硬度的控制。1000℃至室温热震试验结果表明:涂层具有良好的抗热冲击性能,且气孔率高的涂层抗热冲击性能更加优异。     

两种封严涂层与钛合金摩擦磨损性能研究

采用热喷涂工艺在TC4钛合金表面制备KF-20B和KF-118封严涂层,利用环块式滑动磨损试验机测试封严涂层与TC4钛合金对磨时的室温摩擦磨损性能,并通过SEM和EDS分析了涂层和钛合金对磨环的磨损表面和磨屑形貌。结果表明:与TC4钛合金对磨时,KF-20B与KF-118涂层的摩擦系数均为0.4左右。KF-20B涂层中的润滑材料除了BN还包含石墨,KF-118涂层中的膨润土具有优异的润滑和减摩作用,从而降低了摩擦系数,提高了与TC4钛合金的对磨匹配性能。