封严涂层及其制备技术
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1页脚内容 封严涂层及其制备技术
1、定义
封严涂层是涂覆在飞机（航空）发动机气流通道的间隙部分的涂层。航空发动机在工作过程中，在离心力，气动力及热膨胀的共同作用下，转子与静子都会发生变形，导致转子与静子之间相互摩擦造成机械损伤，在设计、制造和修理过程中，转子与静子之间在构造上必须保留适当的间隙；但是发动机工作状态下转子与静子的间隙却会导致发动机效率的降低，如果采取适当的措施有效的减小发动机转子和静子之间的径向间隙则可大大提高发动机的可靠性和效率。
资料表明典型的发动机高压涡轮叶片间隙若平均减少0.245mm，涡轮效率可提高约1%；如果压气机间隙增加0.076mm，单位油耗率增加约1%。图3-1展示了径向间隙对部件效率及其耗油率的影响，随着叶片和机匣之间间隙的增加，耗油率大幅增加。此外压气机的运转间隙过大，会严重影响发动机工作时的气动性，并可能引起喘振，导致发动机稳定性下降。因此，为提高发动机的效率，降低油耗，改善发动机气动性能，应尽量减小压气机叶尖与机匣之间的径向间隙。
图3-1 径向间隙对部件效率及耗油率的影响
封严涂层是一种功能涂层，被广泛的运用于不同零部件之间，例如转子轴，鼓筒、轴承、转动叶片叶尖，压气机和涡轮等封严装置表面，以控制间隙和减少泄漏，成为有效的封严技术之一。封严涂层使用位置示意图如图3-2所示。 如有帮助，欢迎下载支持
2页脚内容 封严涂层应具有较好的表面质量、优良的热稳定性和较小的摩擦系数，并且与基体材料之间的界面结合性能要比较好。研制封严涂层需要综合考虑涂层的各种性能，特别是涂层的磨损特性和耐冲击性能。目前采用的封严涂层主要有以下几类:
有机涂层、热喷涂涂层，烧结金属粉末；耐温可1000℃的填充或不填充的薄壁蜂窝结构涂层；耐温可达1200℃的可控孔隙率陶瓷涂层。
封严涂层通常是成对出现的，即在压气机的静子部件的表面喷涂可磨耗的密封涂层，与叶片等动子尖端的硬质涂层形成一对可磨耗密封摩擦副。根据用途，可将封严涂层分为两大类，即可磨耗封严涂层和耐磨封严涂层。
可磨耗封严涂层是喷涂在与转动组件相配合的静子环带上的允许磨耗的软涂层。高速高温条件下，配副发生刮擦时封严材料必须先被刮削，封严涂层对转动部件没有损伤或只产生可容忍的损伤；封严涂层材料能准确配合或适应对摩副的形状，形成最小的工作间隙。此外，可磨耗封严涂层还必须满足以下条件：具有良好的减摩性能以降低能耗；磨痕表面光滑平整以减小空气动力损失；因此，可磨耗封严涂层材料表层必须兼顾一定性能要求并取得一定平衡，目前采用复合涂层的设计和工艺来实现。
可磨耗封严涂层的种类随着发动机工作温度的升高而不断发展，在中低温阶段，涂层基体通常为金属材料，如镍、铜、铬、铝等及其合金；目前，运用较为成熟的可磨耗封严涂层为铝基合金和镍基合金涂层体系，使用温度在1000℃以下，表3-1为常用的可磨耗封严涂如有帮助，欢迎下载支持
3页脚内容 层及其制备方法、适用温度和用途。
耐磨封严涂层及喷涂在转子组件或静子配合部位，可促进配合部位的磨损，磨去对偶部分而保护自己，既保持了转子的平衡，又控制了间隙。常用的耐磨封严涂层及其制备工艺见表3-2.
耐磨封严涂层大多为耐高温封严涂层。例如采用超音速火焰喷涂或者等离子喷涂工艺方法制备的Cr3C2-NiCr涂层可以在450℃~980℃氧化或者空气介质中，作为封严涂层使用，是运用最为广泛的金属/陶瓷复合材料。
NiCrAlY是航空领域内常用的抗氧化涂层，具有和金属基体匹配性好的优点，也可做耐磨封严涂层材料，它多用于各种零部件的修复、强化及底层。NiAl具有与NiCrAlY类似的性质，可用作耐磨封严涂层材料，也可用作涂层的打底。
制备方法：
封严涂层种类很多，但是基于封严涂层性能的要求，制备方法以热喷涂为主，等离子喷涂和超音速喷涂是常见的两种制备技术。热喷涂技术是表面防护和强化的技术之一，是表面工程中一门重要的学科。热喷涂是指利用某种热源，如电弧、等离子弧，燃烧火焰等将粉末或丝状的金属或非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加高速气流雾化，并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。热喷涂法自二十世纪20年代初期研制并发展至今，不论在技术上还是在应用上都有了很大突破。 如有帮助，欢迎下载支持
4页脚内容 所有的热喷涂加工方法可分为三个主要工艺阶段：预处理阶段、喷涂阶段和喷涂后处理阶段，其加工工艺流程如图所示。
热喷涂特点如下：
(1) 涂层容易施工，且厚度可调。
(2) 涂层易于大修，可以用机加或其他方法除尽，然后，在同样的位置上喷涂。
(3) 多种封严涂层材料可供选择，可满足不同温度及不同发动机的需求；
(4) 可提供良好的可磨耗性及气流冲蚀性；
(5) 涂层可改变喷涂工艺方法及工艺参数来调整；
等离子喷涂
等离子喷涂是热喷涂中最具发展潜力的方法之一，其原理示意图如下所示。等离子喷涂的原理是某种气体如氮、氩、氢或氦等通过压缩电弧时，会产生电离而形成中性的等离子体。等离子弧的能量集中，温度很高(其焰流的温度在10000℃以上)，可以将粉末材料雾化并喷涂在基体表面形成涂层。由于等离子温度达到20000K，能熔化所有的固体。所以一般的陶瓷和金属都能通过等离子喷涂形成涂层。
火焰喷涂
火焰喷涂是热喷涂方法中运用焦躁的一种喷涂方法，它以气体的燃烧为热源，将咸菜或粉末加热到熔融或塑性状态，在高速气流作用下将雾化的颗粒喷涂于工件表面，进而形成涂层。火焰喷涂具有设备如有帮助，欢迎下载支持
5页脚内容 简单、操作灵活、投资少、见效快的特点，可用于制备各种金属、陶瓷及塑料涂层，是目前国内常用的喷涂方法之一。
但是火焰喷涂制备的涂层具有明显的层状结构，含较多的氧化物和显微空洞，而且有变形不充分的颗粒，致使涂层本身致密度低，并且与基体结合强度差。
超声速火焰喷涂和爆咋喷涂
普通火焰存在很多缺陷：涂层的层状组织含有较多气孔和氧化物；涂层与基体结合不够致密；火焰温度一般为3000℃，只能用于对低熔点金属和陶瓷材料进行涂层制备。因此，在普通火焰喷涂的基础上，近年又发展出爆炸喷涂，超声速火焰喷涂等新技术。
爆炸喷涂技术是将燃气和助燃气按照一定比例进行混合后，送入燃烧室内，并由电火花点燃，然后利用气体爆炸的脉冲式能量，将被喷涂的粉末材料加热，加速轰击到工件表面形成涂层。气体燃烧和爆炸的结果是产生超声速高能气流，爆炸速度达到3000m/s，中心温度可达3450℃，粉末离子的飞行速度可达1200m/s。但是爆炸喷涂的噪声大，而且爆炸不连续的，因而喷涂效率低。
表武汉理工大学材料复合新技术国家重点室
2015年材料复合新技术国家重点实验室获授权专利情况表
序
号 专 利 名 称 类型 专利授权号 专 利 权 人 专利授权日
1 稠化结构二噻吩并[6,5-b:10,11-b']-8H-环戊并[1,2-b:4,3-b']二菲衍生物单体、共聚物及其应用 发明 ZL201310351160.6 肖生强、夏 飞、詹 春、芦露华 2015. 2. 4
2 一种太阳能选择性吸附涂层及其制备方法 发明 ZL201110410712.7 程旭东、闵 捷、马 涛、叶卫平、黄 伟、王 涛、王 珂、王 辉、万 倩、李光磊、宫殿清 2015. 2. 4
3 一种包覆型复合基高温可磨耗封严涂层材料及制备方法 发明 ZL201210036046.X 程旭东、向泓宇、柳敏志、闵 捷、张 朴、孟晓明、陆 伟 2015. 2. 4
4 3维阵列式金属-质子导体高聚物同轴纳米线单电极及有序化膜电极与制备 发明 ZL201210197931.6 木士春、李怀光、张 潇 2015. 2. 4
5 一种甲醛室温氧化催化剂的失活与再生方法 发明 ZL201210528512.6 余家国、聂龙辉、程 蓓 2015. 2. 4
6 一种控制黄孢原毛平革菌菌丝生长形态的方法 发明 ZL201310067722.4 苏宝连、李其昌、李 昱、谢 浩 2015. 2. 4
7 半导体多孔氧化铋纳米球及其制备方法和应用 发明 ZL201310128516.X 施伟东、官建国、孙晓莉 2015. 2. 4
8 碳球/羟基氧化铟复合可见光光催化剂及其制备方法 发明 ZL201310123678.4 施伟东、宋永杨、官建国 2015. 2. 4
9 半导体Ta2O5-NaTaO3复合纳米纤维及其制备方法和应用 发明 ZL201310176488.9 施伟东、孙晓莉、邓 丽、官建国 2015. 2. 4
NiCrFeAl-BN涂层和NiCrFeAl-B.e涂层对磨TC11合金可磨耗性能研究
NiCrFeAl-BN涂层和NiCrFeAl-B.e涂层对磨TC11合金可磨耗性能研究
王森源;丁宁;汤智慧;陈立;李彰;王长亮;房永超;田浩亮
【期刊名称】《热喷涂技术》
【年(卷),期】2024(16)1
【摘 要】采用等离子制备NiCoCrAlY底层和YSZ中间层,火焰喷涂制备镍基氮化硼(NiCrFeAl-BN)和镍基膨润土(NiCrFeAl-B.e)面层可磨耗封严涂层。在高温超高速可磨耗试验机上进行涂层与TC11模拟叶片对磨,设置室温和600℃,不同进给速率条件,对两种涂层进行可磨耗性能评价。结果表明:进给速率对两种涂层刮削后微观形貌影响较大,但对封严层厚度影响较小。温度提高,对两种涂层破坏作用都有所增加,可磨耗性能下降。相同工况下NiCrFeAl-BN涂层的可磨耗性均优于NiCrFeAl-B.e涂层,但对磨后的叶片高度磨损比值(IDR)仍较大,在叶片叶尖电镀BN涂层后,进给速率为5μm s时,IDR由16.05%变为8.04%,起到一定保护叶片的作用。
【总页数】9页(P48-56)
【作 者】王森源;丁宁;汤智慧;陈立;李彰;王长亮;房永超;田浩亮
【作者单位】中国航发北京航空材料研究院产品发展部;空装驻北京地区第六军事代表室;中国航发北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室;中国石油长庆油田分公司第六采油厂
【正文语种】中 文
【中图分类】TG174.4 【相关文献】
1.铝硅聚苯酯涂层热稳定性及与钛合金叶片对磨刮削可磨耗性研究2.TC11钛合金TiAlSiN涂层微织构表面脂润滑摩擦性能研究3.工艺参数对TC11钛合金表面电火花沉积TiN涂层显微组织和磨损性能的影响4.TC11钛合金表面阻燃涂层的抗点燃性能及机理研究5.TC11钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层防护性能的研究
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碳化钨喷涂涂层特点
碳化钨喷涂涂层特点
涂层制备的特点：
1、焰流速度非常高，一般是音速的5倍。
2、喷涂粉末的速度也非常高，的可达2000米/秒。
3、涂层高度致密，结合强度高，气孔率能小于1%，结合强度可大于70Mpa。
4、涂层材料氧化程度低。失碳少，涂层硬度高。
5、粉末颗粒在高速焰流中获得了极大的动能，对基材和已沉积颗粒的撞击效果显著北京勤合科技公司而且沉积颗粒中只有一小部分粒子存在液/固相凝固和收缩过程，绝大多数为固相变形，涂层中生成有利于提高涂层可靠性的压应力。
6、某些特定材料，满足修复场合，北京勤合科技。
7、高速的撞击和强烈的变形使材料的晶格产生畸变，增加了材料的活性，从而增加了与相邻的颗粒或基体材料生成物理结合的可能，涂层的可靠性极高。
8、工件不变形。
操作流程：
客户提供零件，我们进行喷涂加工，完成后客户验收。
应用领域，
主要从事陶瓷涂层、目前为电力、钢铁、水泥等企业提供集防护涂层、个性化防护方案设计、工程技术服务一体的综合防护解决方案。服务客户涉及航空航天、石油化工、造纸印刷、包装、电子、交通运输等多个领域。服务范围包括各种轴类、泵阀、密封环、溅射靶材、瓦楞辊、各类阀门、轧辊、风机叶轮、拉丝塔轮等高耐磨产品等零部件及构件的耐磨、耐高温、耐腐蚀、导电、绝缘等多种涂层的热喷涂。
耐磨、防腐、隔热、造纸；铁路、机械、汽车、钢铁、石油、化工、印刷、航空航天、电力煤碳。
等离子喷涂热障涂层和电绝缘涂层：如ZrO2、Al2O3涂层等。
等离子喷涂金属氧化物耐磨涂层：如Cr2O3、Al2O3/Ti涂层等，用于泵类柱塞、密封环、轴套、导丝辊等。
超音速喷涂耐磨耐蚀涂层：如WC-Co、WC-Co-Cr、NiCr-Cr3C2，碳化物，碳化钨喷涂，wc喷涂等，用于汽轮机叶片、风机叶轮、阀体、阀座等。
制备高温辐射涂层：特种金属氧化物
涂层制备的特点：
1、焰流速度非常高，一般是音速的5倍。
2、喷涂粉末的速度也非常高，的可达2000米/秒。
涂层技术在航空航天材料领域的应用
￣ＩＮＳＩＧＨＴ
涂层技术
在航空航天材料领域的应用
■文／袁建鹏
北京矿冶研究总院 北京市工业部件表面强化与修复工程技术研究中心
研制大飞机是党中央、国务院做
出的重大战略决策，是 国家中长期科
学和技术发展规划纲要（２００６－２０２０） 的重大专项之一。大飞机是复杂的系
统工程，它应用现代科学技术众多领
域的最新成就，是科学技术与国家基
础工业紧密结合的产物，也是一个国
家科学技术和工业水平的重要标志。
航空、航天产业涉及国内外成千上万
家企业和科研单位，代表着国家民族
的希望和利益，其重要性不言而喻，而
在大型飞机发动机、航天飞行器、导
弹推进系统等研制过程中，材料研制
技术成为其关键技术之一。温家宝总
理在视察阎良航空城时强调：“大飞
机的研制成功必须要解决３大关键技
术：第一是发动机，第二是材料，第三
是电子设备”。其中，涂层材料和技术
阿Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ 作为航空航天材料的基础材料之一，
也是不可缺少的重要组成部分。
涂层技术具有“低投入、高产出”
的特点，随着国民经济的快速发展，资
源紧缺与日俱增，各工业领域部件的
表面强化、修复、再利用日益受到政府
和企业的重视，已成为工业制造产业
链中非常重要的一环，已在发达国家
航空、汽车、冶金、电力、机械等工业使
用的大量关键零部件表面强化与修复
再造过程中获广泛的应用，创造了巨
大的社会和经济效益。资料表明，美国
自２００３年开始，涂层产业的年产值已
为ＧＤＰ的０．４０／０以上，２０１１年总产值更
是达到了６００亿美元｝日本的涂层产
业产值也达２万亿日元水平，并以显著
超出本国平均工业增长速度，快速壮
大与发展。而航空航天领域产品及各 零部件的可靠性等要求非常高，每一
环节都不容许出现任何差错，涂层技
术给航空航天行业带来更多的支持与
保障，特别是在热障、封严、耐磨、抗氧
化等方面起到了很关键的作用。
高温合金／NiAl封严涂层的电偶腐蚀行为研究
高温合金／ＮｉＡ１封严涂层的电偶腐蚀行为研究 ６１
古 日△ 同皿Ｉ：２１ 金／ＮｉＡＩ封严涂层的电偶
腐蚀行为研究
Ｇａｌｖａｎｉｃ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｂａｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ／
ＮｉＡ１ Ｓｅａｌ Ｃｏａｔｉｎｇ
孙杰，赵丹
（沈阳理工大学环境与化工学院，沈阳１１０１５９）
ＳＵＮ Ｊｉｅ，ＺＨＡＯ Ｄａｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ
Ｌｉｇｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ ｉ０１ ５９，Ｃｈｉｎａ）
摘要：采用空气等离子喷涂工艺在高温合金基体上制备了ＮｉＡ１封严涂层。研究了ＮｉＡ１涂层／高温合金在５ （质量分
数）ＮａＣ１溶液中的电偶腐蚀行为，结合极化曲线、开路电位和ＳＥＭ形貌检测，探讨封严涂层的腐蚀机理。结果表明，高
温合金基体与ＮｉＡ１涂层的电偶电流密度为２．１３５６／ｘＡ／ｃｍ。，电位较负的ＮｉＡ１涂层作为电偶对的阳极，腐蚀更严重，腐蚀
产物疏松呈絮状覆盖在涂层表面。等离子喷涂的ＮｉＡ１涂层含有较多的孔隙和氧化物，腐蚀容易在缺少氧化物覆盖的区
域发生。ＮｉＡ１涂层边缘的氧化物也容易优先溶解，形成腐蚀产物膜，堵塞涂层微孔，抑制腐蚀的进行。随着腐蚀时间延
长，ＮｉＡ１涂层的防护性能逐渐减弱。
关键词：ＮｉＡ１封严涂层；高温合金；电偶腐蚀
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４３８１．２０１３．０７．０１２
中图分类号：ＴＧ１７４．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—４３８１（２０１３）０７—００６１－０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮｉＡ１ ｓｅａｌ ｃｏａｔｉｎｇ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｂｙ ａｉｒ ｐｌａｓｍａ ｓｐｒａｙｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｇａｌｖａｎｉｃ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｎ ５ （ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ）ＮａＣ１ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ＮｉＡ１ ｓｅａｌ
封严涂层喷涂用某材料的原料灰分分析
第６Ｏ卷第３期 ２ ０ ０ ８年８月 有 色金 属 Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｖｏ１．６０．ＮＯ．３ Ａｕｇｕｓｔ ２ ０ ０ ８
封严涂层喷涂用某材料的原料灰分分析
田 晔，马江虹
（北京矿冶研究总院，北京１ ０００４４）
摘 要：分析以ＨＰＭＣ为原料的封严涂层喷涂用材料的灰分，比较样品灰分含量的差别以及对喷涂后涂层质量的影响。结 果表明，喷涂材料中加入ＨＰＭＣ对喷涂后涂层影响不大，当加入另一种有机物后其有助于火焰喷涂中有机材料的燃烧。 关键词：金属材料；ＨＰＭＣ；喷涂；灰分分析 中图分类号：ＴＧ１７４．４４２ 文献标识码：ａ 文章编号：１００１—０２１１（２００８）０３—００４０—０３
随着喷涂材料的日益增多，在喷涂技术上研究
的越来越深刻，对喷涂材料的外形、储存以及充分利 用等方面的要求也越来越多［１－５］。针对某喷涂材
料用原料，通过对此原料的灰分分析，考查其在喷涂
过程中是否对涂层的性能产生影响。 在捏合机上搅拌均匀，静置一段时间后取样。共制
备了三种试验用料分别如表１所示。
表１样品组成 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ
编号０７０７０１ ０７０７０２ ０７０７０３
，兰 ｃ ， 外 拿用 素 彗 用 。鉴纤 辅料对ＨＰＭｃ的影响，结果如图１和２所示。图ｌ 譬素
：曼 色 竺警 毫 例 盒旦， ＿孝 是三组以ＨＰＭＣ为主要原－ ｒｌ的样品灰分试验前的 坌差
。， 、测测定灰分中的成 态。从图２中可以看出，在ＨＰＭｃ中 加入辅 及 分
， 确定其 喷涂 髯 。。。 ，…． 色素后，ＩＲ图毒变化很小。 将ＨＰＭＣ过４４／￣ｍ细筛，选择筛下部分作为试 。 ’。
（ａ）～０７０７０１；（ｂ）一０７０７０２；（ｃ）一０７０７０３ 图１样品灰分试验前的状态
Ｆｉｇ．１ Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｓｈ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ
１．３灰分试验
基于赫兹接触模型的发动机封严涂层碰磨力计算与优化
表面技术 第53卷 第5期 ·184· SURFACE TECHNOLOGY 2024年3月
收稿日期：2023-05-25；修订日期：2023-11-15 Received：2023-05-25；Revised：2023-11-15 基金项目：中央高校基本科研业务经费项目（3122019189） Fund：Basic Research Funds for Central Universities (3122019189) 引文格式：丁坤英, 裴祥忠, 刘子剑, 等. 基于赫兹接触模型的发动机封严涂层碰磨力计算与优化[J].
表面技术, 2024, 53(5): 184-193. DING Kunying, PEI Xiangzhong, LIU Zijian, et al. Calculation and Optimization of Impact and Wear Forces of Engine Sealing Coatings Based on Hertz Contact Model[J]. Surface Technology, 2024, 53(5): 184-193. 基于赫兹接触模型的发动机封严
涂层碰磨力计算与优化
丁坤英，裴祥忠，刘子剑，王梦潇，贾治豪
（中国民航大学 天津市民用航空器适航与维修重点试验室，天津 300300）
摘要：目的 提高航空发动机的推进效率，在压气机机匣上喷涂可以减少叶尖径向间隙的封严涂层。叶尖与
涂层之间的碰磨力会导致涂层脱落，且会击伤叶片，需要对碰磨力进行分析。方法 采用大气等离子喷涂技
术制备4种不同硬度的AlSi-PHB（聚苯酯）封严涂层，通过表面硬度测试、弹性模量测试和高速碰磨试验，
分别评价封严涂层的硬度、弹性模量，以及在高速碰磨过程中不同工况下涂层受到的碰磨力；基于赫兹接
触模型对叶尖与涂层之间的碰磨力进行计算，通过激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对碰磨后的涂层和
航空发动机封严篦齿等离子弧喷涂涂层制备
文章编号：1002—025X(2013)01—0031-03
航空发动机封严篦齿等离子弧喷涂涂层制备
倪继良1，程涛涛2，丁坤英2，王志平2
(1．国航股份工程技术分公司成都维修基地，四JiI成都610200；2．中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室．天津300300)
摘要：利用Praxair3710等离子弧喷涂系统在镍基合金试样上制备了(Ni5AI+A1203—3Ti02)复合涂层。利用金相显微镜对涂层进行组织观察，并采用Image软件分析涂层的界面污染物、裂纹、孔隙率、氧化物、球状颗粒及整体性等。研究了镍基合金试样上涂层质量与喷涂参数之间的关系以及蓖齿模拟件上的涂层形貌与喷涂角度之间的关系。结果表明：通过调整合适的喷涂参数以及喷涂角度。在蓖齿模拟件上制备的(Ni5AI+A1203—3Ti02)复合涂层的各项金相检查结果均取得良好效果。关键词：等离子弧喷涂；封严蓖齿模拟件；(Ni5AI+A120，3TiO：)复合涂层中图分类号：TGl74．4文献标志码：B
为提高发动机的效率、降低能耗、增大推力，
必须控制发动机静子与转子之间的间隙并对其进行
气路封严，目前普遍采用的是封严涂层技术[1-3]。封
严涂层分为两大类．一类是静子部件上的软质涂层
(可磨耗涂层)；另一类是转子部件上的硬质涂层
(主动磨削涂层)。转子通过磨削蜂窝进行气路封严
和间隙控制，因此应有很好的平衡性，不允许涂层
有不均匀磨损或掉块现象。目前应用于某型航空发
动机低压涡轮转子外环的硬质封严涂层为等离子喷
涂(Ni5AI+A120，一3Ti02)复合涂层，该涂层的更换修理属专项技术认可项目，国内相关单位尚无加工此
类涂层的批准，在技术上也没有加工经验。此类零
件只能国外送修，一方面，修理周期长，影响发动机维修周期；另一方面，维修费用较高。因此，研
究该部件涂层完整的等离子弧喷涂制备工艺具有显
著的生产意义和经济意义。本研究利用等离子弧喷
涂技术在镍基合金上制备(Ni5AI+AlzO，一3Ti02)复合
封严涂层的性能评价及研究进展
AERONAUTICAL SCIENCE & TECHNOLOGY Overview
17航空科学技术0 引 言
随着航空技术的日益发展，对发
动机效率的要求也逐渐提高，预计在2015~2020年将有可能研制出推重比
为15~20的涡扇发动机。作为发动机
的重要技术之一，封严涂层可改善飞
机燃气轮机中旋转与固定部件之间的
密封性，显著提高发动机的性能。研究
发现，在比燃料消耗率下，叶片和密
封面间的间隙降低，能导致推力改进2.5%[1]。
目前采用在涡轮机与压气机的
机匣上制备封严涂层来封闭气体通
道，减小间隙，提高热效率。新一代航
空发动机中，封严涂层的使用温度为300～1200℃，最高可达1350℃。这对
发动机关键零部件封严涂层的高温防
护、封严、耐磨损等性能提出了新的要
求。
1 封严涂层材料及研究进展
1.1组成及制备技术
封严涂层已经在航空领域得到广
泛应用。理想的封严涂层要求热稳定封严涂层的性能评价及研究进展
导 读:封严涂层系统可以改善飞机燃气涡轮发动机中旋转部件和固定部件之间的密封性，已成为提高发动机工作
效率，延长发动机服役寿命的主要方法之一。本文阐述了目前封严涂层的应用及性能评价的研究进展，描述了未来
封严涂层的发展趋势。
关键词：封严涂层；性能评价；研究进展
Keywords：seal coatings；evaluation of property；research progress赵丹1 赵忠兴2 杨景伟2 孙杰1
1沈阳理工大学环境与化工学院 2 沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司Performance Evaluation and Research Progress of Seal Coatings
性强、摩擦系数小、抗氧化性强，用于
叶尖与机匣之间封严时，才能在保持
最小间隙的同时有效阻止刮擦损伤，
达到良好的封严效果。
封严涂层大多选用复合材料，主
要成分是金属相、非金属相和孔隙。其
中金属相具有可喷涂性、结合强度、抗
高性能封严涂层研制与应用工作取得重要进展
高性能封严涂层研制与应用工作取得重要进展
中科院金属所
【期刊名称】《表面工程资讯》
【年(卷),期】2016(016)004
【总页数】1页(P65)
【作 者】中科院金属所
【作者单位】
【正文语种】中 文
封严涂层是先进动力系统减小气流通道泄漏损失、降低能耗、提高效率的关键技术，是目前最先进的气路封严技术，国外先进动力装置已大量使用，制备技术严格保密。中科院金属所从2003年起先后承担国家、省市等科研项目多项，进行了高性能封严涂层的研究工作，并实现成果工业转化以及产业化，取得系列创新性成果。
封严涂层的主要成分包括金属相、非金属相以及孔隙。该类复合粉末各相物理性能差异大，流动性不好，喷涂过程中各组分熔化状态差异大，涂层组织结构可控性差。通过研究焰流中粉末粒子的温度场和速度场的分布规律，发现优化粉末粒子喷射初速度和焰流中飞行速度是提高涂层组织结构可控性的有效途径，实现了温度场和速度场的最佳耦合，获得了润滑相分布均匀和残余应力低的理想组织结构。同时封严涂层对综合性能要求很高，必须同时兼有诸如结合强度高、易磨耗、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、磨屑相容等性能，其中，封严涂层的可磨耗性与结合强度是相互矛盾的。可磨耗性提高，涂层孔隙率增加，硬度降低，涂层结合强度下降，工作时易出现“掉块”现象；相反，涂层结合强度提高，孔隙率降低，硬度提高，可磨耗性下降，工作时叶片磨损严重。如何实现二者的最佳匹配是保证涂层质量的关键。热喷涂过程中工艺影响因素众多，为了达到性能的良好匹配，仅依靠常规工艺试验难以实现。研究中采用Spraywatch动态监测系统和摩擦磨损试验研究了主要工艺参数对封严涂层性能的影响，结果表明喷涂过程中送粉载气流量对喷涂粒子的速度影响最为明显，对提高涂层的综合性能效果显著，这打破了长期以来认为送粉载气流量仅是保证正常送粉的工艺参数这一传统认识，使涂层的硬度、结合强度、热震性能、热稳定性等性能均大幅度提高。