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噴航天發(fā)動(dòng)機(jī)零件生產(chǎn)線.等離子設(shè)備—---航天動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)零件

Professional production line for state-owned enterprises and foreign spraying (export-oriented)

適合國(guó)企和外資噴涂專業(yè)生產(chǎn)線（出口型）
高溫可磨耗封嚴(yán)涂層等離子噴涂技術(shù)在 高溫可磨耗封嚴(yán)涂層作為發(fā)動(dòng)機(jī)部件的重要涂層之一，用來(lái)調(diào)控高壓渦輪轉(zhuǎn)子部件與機(jī)匣之間的間隙，對(duì)保持發(fā)動(dòng)機(jī)的效率十分關(guān)鍵。中航工業(yè)制造所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制開(kāi)發(fā)的添加陶瓷減摩自潤(rùn)滑材料及聚苯酯的高溫可磨耗封嚴(yán)涂層，涂層摩擦系數(shù)低，可磨耗性能優(yōu)異，同時(shí)抗高溫氧化性能及燃?xì)鉀_刷性能優(yōu)良。高溫可磨耗封嚴(yán)涂層厚度一般超過(guò)1.5mm，必須采用機(jī)器人自動(dòng)等離子噴涂技術(shù)，噴涂參數(shù)計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制、涂層厚度在線監(jiān)測(cè)，這樣有利于涂層組織結(jié)構(gòu)及厚度均勻，穩(wěn)定涂層冶金質(zhì)量。
熱障涂層等離子噴涂技術(shù)
熱障涂層廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)及地面燃?xì)廨啓C(jī)，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件，如燃燒室、渦輪葉片、火焰噴管等（見(jiàn)圖2），可大幅度提高部件壽命、提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、降低部件溫度或提高燃?xì)鉁囟取?br /> 熱障涂層的制備方法主要有等離子噴涂法和電子束物理氣相沉積法。熱沖擊壽命和熱導(dǎo)率為熱障涂層的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。沒(méi)有優(yōu)異的抗熱沖擊性能，熱障涂層就不能在可靠性要求極高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)上獲得成功應(yīng)用。把涂層壽命做到數(shù)千、數(shù)萬(wàn)小時(shí)是熱噴涂涂層成功應(yīng)用于商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵所在。
由于氧化釔穩(wěn)定氧化鋯在1200℃以上工作、在隨后的冷卻過(guò)程中相變，相變過(guò)程中材料體積將膨脹約4%，這種體積效應(yīng)使涂層產(chǎn)生裂紋甚至剝落。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)兩種或兩種以上稀土氧化物復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯的多元體系進(jìn)行了較多研究，取得了明顯進(jìn)展，美國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)的氧化釓、氧化鐿、氧化釔三元稀土復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯工作溫度可達(dá)1500℃，并已商品化。
制造所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制開(kāi)發(fā)的多元稀土氧化物復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯超高溫?zé)嵴贤繉?，隔熱性能及抗熱沖擊性能優(yōu)異，1500℃長(zhǎng)期工作、在隨后的冷卻過(guò)程中也沒(méi)有有害的相變發(fā)生，使用溫度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
熱噴涂技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)熱噴涂技術(shù)經(jīng)過(guò)100余年的發(fā)展，技術(shù)日益成熟，用途涉及航空航天、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、汽車、電力、燃料電池與太陽(yáng)能、醫(yī)療衛(wèi)生、造紙與印刷等諸多領(lǐng)域。
要實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在高推重比和高效能上的重大突破，就必須提高發(fā)動(dòng)機(jī)中燃?xì)鉁囟龋@必然造成高壓渦輪熱端部件表面溫度的大幅度提高。碳化物、氮化物陶瓷SiC、Si3N4是最有可能取代鎳基高溫合金作為在更高溫度下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)高溫結(jié)構(gòu)材料，制約其應(yīng)用的重要因素是其在發(fā)動(dòng)機(jī)高溫燃?xì)猸h(huán)境中的材料組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，碳化物、氮化物陶瓷能夠和水蒸汽等反應(yīng)生成揮發(fā)性的產(chǎn)物造成陶瓷材料結(jié)構(gòu)及性能嚴(yán)重退化。在陶瓷表面采用氣相沉積與等離子噴涂復(fù)合技術(shù)制備環(huán)境障涂層，可以有效阻止高溫燃?xì)鈿夥蘸吞沾苫w的接觸，提高陶瓷基體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
在某些重要應(yīng)用領(lǐng)域需要高的涂層結(jié)合強(qiáng)度，甚至需要涂層與零件基體間冶金結(jié)合。為克服熱噴涂涂層界面機(jī)械結(jié)合的不足，激光等離子復(fù)合噴涂技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生（見(jiàn)圖3）。激光等離子復(fù)合噴涂涂層界面為冶金結(jié)合，涂層結(jié)構(gòu)致密均勻，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)刷式封嚴(yán)跑道的制造。目前要解決的主要問(wèn)題：一是控制熱輸入，避免涂層成分過(guò)度稀釋及材料組分的分解；二是降低應(yīng)力，避免涂層中出現(xiàn)裂紋。

航空、航天工業(yè)中的應(yīng)用
熱噴涂技術(shù)在航空、航天工業(yè)中應(yīng)用歷史久，范圍廣，涂層品種多，而且技術(shù)含量高。盡管航空、航天中飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、宇宙火箭等工作條件十分惡劣，對(duì)涂層可靠性要求非?？量?，但當(dāng)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中一半以上的零件都有涂層，主要用耐磨、耐腐蝕、抗氧化、封嚴(yán)。下表給出熱噴涂技術(shù)在航空航天中的部分應(yīng)用。
熱噴涂航空航天中的應(yīng)用
領(lǐng)域 零部件 噴涂工藝 涂層材料 涂層用途
火箭技術(shù) 火箭頭部和噴管 等離子噴涂 A1 2 O 3， ZrO 2 ，W 耐熱、抗沖蝕
宇宙飛行器 噴氣推進(jìn)彈體整流罩 宇宙研究裝置 超短波天線 等離子噴涂 等離子噴涂 等離子噴涂 ZrO 2， A1 2 O 3 A1 2 O 3， ZrO 2， W金屬，氧化物及碳化
物 絕熱 防粘連、絕熱、熱輻射性能 絕熱、絕緣
航空 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)蝸輪及壓氣機(jī) 葉片 燃?xì)馕佪喨~片 燃燒室內(nèi)襯 起落花流水架軸頸 機(jī)翼及機(jī)身承力結(jié)構(gòu) 前整流艙 機(jī)匣 等離子噴涂 等離子,HVOF 等離子噴涂 等離子噴涂 等離子,HVOF 等離子噴涂 等離子噴涂 等離子噴涂 Co-WC，TiC，Cr 203 Ni-A1，NiCrBSi Ni-A1，A1，A1 2O3 CoCrA1Y，MgO.ZrO 2 硬質(zhì)碳化物及其合金纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,聚苯酯、硅鋁 鎳包石墨、鎳包硅藻土 耐沖蝕 耐熱 耐熱 耐熱 耐磨 強(qiáng)度、剛度 滑動(dòng)、封嚴(yán) 耐磨、潤(rùn)滑可磨、封嚴(yán)
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的絕熱涂層，過(guò)去一般采用穩(wěn)定型的zro 2, 面層材料和CONICRALY高溫粘結(jié)底層材料，通過(guò)等離子噴涂，制備兩層或數(shù)層階梯結(jié)構(gòu)涂層。自20世紀(jì)80年代末至90年代初，由于新的涂層技術(shù)---電子束物理氣相沉積技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功，制備的熱障涂層為柱狀晶結(jié)構(gòu)，與粘結(jié)底層結(jié)合牢固，涂層表面光潔，使用壽命高于等離子噴涂層一個(gè)數(shù)量級(jí)。關(guān)于熱障涂層的粘結(jié)底層加陶瓷涂層結(jié)構(gòu)，我國(guó)目前主要采用二層涂層結(jié)構(gòu)，并已應(yīng)用在新型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，加力燃燒室等熱部件上。目前對(duì)熱障涂層的改進(jìn)主要從多層或梯度功能涂層的設(shè)計(jì)，粘結(jié)底層的預(yù)氧化處理，熱障陶瓷面層的滲鋁處理，陶瓷面層激光改性處理等方面研究和發(fā)展。
發(fā)動(dòng)機(jī)封嚴(yán)涂層隨著熱端高溫氣流溫度的逐級(jí)提高，使用溫度從300℃到1100℃，目前最高溫度可達(dá)1350℃。A1Si-聚苯酯，鎳-石墨，鎳-硅藻土等復(fù)合粉末涂層，已獲得成功應(yīng)用。其中，尤以高溫封嚴(yán)涂層制備和工作條件最困難。要求其厚度達(dá)2-3mm，噴涂時(shí)必須嚴(yán)格控制涂層應(yīng)力的產(chǎn)生。另外，要承受1000-1350℃高溫，遭受2-3倍音速的高溫氣流沖刷，受到超過(guò)300m/s線速度葉片尖部刮削而不發(fā)生剝落。故涂層必須耐高溫、抗氧化、耐熱震、結(jié)合強(qiáng)度高，化學(xué)惰性，而且質(zhì)軟，多孔（孔隙率達(dá)25%-30%）。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)某些零部件的磨損總是也是十發(fā)嚴(yán)重的，在服役期間，有的發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速5000r/min；并在極高負(fù)載和各種頻率的振動(dòng)下工作，從而產(chǎn)生各種機(jī)理的磨損，這些磨損僅靠改變基體材料是達(dá)不到要求的。據(jù)英國(guó)RR公司統(tǒng)計(jì)，1976年前發(fā)動(dòng)機(jī)零部件60%因磨損而報(bào)廢，采用耐磨涂層后報(bào)廢率降到30%，目前采用爆炸噴涂和HVOF噴涂涂層已有50多種在航空產(chǎn)品零件上獲得應(yīng)用，如高低壓壓氣機(jī)葉片、蝸輪葉片、輪轂封嚴(yán)槽、齒輪軸、火焰筒外壁、襯套、副翼滑軌、制動(dòng)裝置等。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的某新機(jī)種上，規(guī)定采用十幾種熱噴涂層（主要是耐磨涂層）數(shù)百個(gè)零件，其中四種最關(guān)鍵的耐磨涂層必要采用結(jié)合強(qiáng)度好、涂層致密度高的爆炸噴涂和HVOF噴涂工藝制備。下表為爆炸噴涂在國(guó)內(nèi)航空方面的應(yīng)用。
爆炸噴涂在國(guó)內(nèi)航空方面的應(yīng)用
零件名稱 涂層種類 應(yīng)用特性效果
發(fā)動(dòng)機(jī)蝸輪軸 NiCrBSi-Ni-A1 磨損報(bào)廢，重新使用
蝸輪葉片葉冠 X-40 磨損超差，重新使用
發(fā)動(dòng)機(jī)燃油導(dǎo)管 NiCrSi 耐磨、延長(zhǎng)使用壽命
壓氣機(jī)葉片阻尼臺(tái) Co-WC 耐微振磨損
三叉戟發(fā)電機(jī)軸 Co-WC 耐磨一年以上
三叉戟襟翼滑軌 Ni 3 A1-WC 磨損、噴涂后使用
三叉戟前輪軸、套筒 Co-WC 磨損、噴涂后使用