应用实例：国防工业的案例分析

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：热喷涂技术在国防工业中的应用始于20世纪70年代，涂层主要包括提高航空发动机热效率的热障涂层、密封涂层、抗高温烧蚀涂层、耐磨损涂层等。采用耐磨涂层后报废率降至33%，效果显著。表6-10 航空发动机常用耐磨损涂层4.飞机起落架及其他取代镀铬耐磨涂层飞机起落架通常采用镀硬铬技术，随着环境保护的需求，为减少镀铬技术应用对环境的污染，采用HVOF技术喷涂WC-Co涂层逐步取代镀铬技术，已在发达国家普遍采用。

热喷涂技术在国防工业中的应用始于20世纪70年代，涂层主要包括提高航空发动机热效率的热障涂层、密封涂层、抗高温烧蚀涂层、耐磨损涂层等。据有关文献报道，美国的飞机中需要采用热喷涂技术的零件高达6600件之多，含发动机各大小叶片、飞机尾翼喷管、飞机起落架（高速火焰喷涂技术取代镀硬铬技术）等。图6-25所示为热喷涂在航空发动机中应用。

图6-25 热喷涂在航空发动机中的应用

1.飞机发动机叶片等离子喷涂MCrAlY和Y₂O₃-ZrO₂双层涂层

高速燃气喷涂或低压等离子喷涂MCrAlY结合底层，等离子喷涂ZrO₂-Y₂O₃（YSZ）工作涂层，涂层总厚度≥0.25mm，具有良好的抗热冲击性能。近年来，随着纳米技术的发展与应用，纳米YSZ涂层已开始在航空发动机导向叶片上应用，试验抗热振性能由常规涂层的几十次提高到数千次，具有良好的应用前景。图6-26所示为发动机叶片高速燃气喷涂结合底层。

2.航空发动机可磨耗密封涂层

航空发动机都有比较完整的气路密封系统。系统各级之间有40～60处密封装置。密封装置的好坏直接影响发动机的功率、推力和效率。如涡轮外环（即叶尖径向间隙）的密封，按设计要求，叶尖间隙与叶片长度的比值每增加1%，涡轮效率损失就增加1%～3%。可见，气路密封是提高效率和性能的重要途径之一。为此，常采用可磨耗密封涂层来达到气路密封的目的。

热喷涂密封涂层分为两大类，即主动磨削涂层和可磨耗涂层。

1）主动磨削涂层。一般是坚硬的抗磨损灰色氧化铝涂层，喷涂在密封篦齿上。随着转子的高速旋转，像砂轮一样磨削与其对应的金属蜂窝密封，并尽量使本身不受磨损。这就要求涂层结合强度高，硬度高，隔热性能好。

2）可磨耗涂层要求涂层软而易磨，并具有润滑性能、抗冲击性能、抗热振性能，并与基体有良好的结合性能。

推荐使用的密封涂层见表6-9。图6-27所示为航空发动机壳体喷涂可磨耗涂层，工艺方法基本上全部采用等离子喷涂。

图6-26 发动机叶片高速燃气喷涂结合底层

表6-9 推荐使用的密封涂层

图6-27 航空发动机壳体喷涂可磨耗涂层

3.航空发动机耐磨蚀涂层

航空发动机零件的工作条件很恶劣（高温、高转速、高负荷、振动），又受到黏着、磨粒、腐蚀和疲劳等多种类型的磨损，使发动机的性能和使用寿命受到影响。罗·罗公司的统计表明，1976年以前，航空发动机零件中有60%因磨损而报废。采用耐磨涂层后报废率降至33%，效果显著。例如，钛合金压气机叶片的阻尼凸台表面（约0.4cm²）受到高负荷的撞击和微振磨损，寿命仅100h，而在凸台上喷涂一层0.25mm厚的碳化钨涂层后，叶片寿命延长到10000h。航空发动机常用耐磨损涂层见表6-10。

表6-10 航空发动机常用耐磨损涂层

4.飞机起落架及其他取代镀铬耐磨涂层

飞机起落架通常采用镀硬铬技术，随着环境保护的需求，为减少镀铬技术应用对环境的污染，采用HVOF技术喷涂WC-Co涂层逐步取代镀铬技术，已在发达国家普遍采用。HVOF涂层技术较镀铬具有更高的结合强度，更优秀的耐磨耐蚀性能。通用电气公司燃气涡轮发动机上用HVOF及APS替代镀铬的零件组件见表6-11。图6-28所示为飞机起落架HVOF喷涂。

图6-28 飞机起落架HVOF喷涂

表6-11 通用电气公司燃气涡轮发动机上用HVOF及APS替代镀硬铬的零件组件

应用实例：国防工业的案例分析

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