新型高温封严涂层材料的研究进展.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年增刊 - 1 0 5 新型高温封严涂层材料的研究进展 杨晓剑，田玉亮，许根国，冀国娟。任先京 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 擅要；介绍了两种新型的高温封严辣层材料的进展．针对荣层的热处理工艺和涂层的性能进行了持单的 介绍．并指出了这类涂层材料的优缺点。 关键词I 高温封严涂层；热处理椽层性能 ’ 中图分类号T G l 7 4 ．2立献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 【2 0 0 7 } S 0 0 1 0 5 0 4 I n t r o d u c t i o no fH i g hT e m p e r a t u r eA b r a d a b l eC o a t i n g s Y A N GX i a o - j i a n ，T I A NY u - l i a n g ，X UG e n - g u o ，j iG u o q i u a n ，R E NX i a n q i n g 1 k j i n 8G e n e r a lR e s e a r c h | n s l i l u t eM i 岫＆M e t M l u r a “ ．B e i i i r g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t D e v e l o p m e n t so fh i g ht e m p e r a t u r ea b r a d a b l ec o a t i n g sa r er e v i ．e w e d ．H e a tt r e a t m e n ta f t e rs p r a ya n d p m p e r t i e ao ft h ec o a t i n g sa r ea l s oi n t r o d u c e d 。a n dt h ed i s a d v a n t a g eo ft h i sk i n do fm a t e r i a li sp o i n t e do u t ． K e y w o r d s H i g ht e m p e r a t u r eo fa b r a d a b l ec o a t i n g s ；H e a tt r e a t m e n t | P r o p e r t i e so fc o a t i n g s 随着航空工业的日益发展，对航空发动机提出 了越来越高的要求。目前减小压气机，涡轮机叶尖 与机匣之间间隙的气路封严技术就成为了提高发动 机性能的主要方法。据资料报道⋯。在一台高压涡 轮机内，间隙每减少0 ．1 3 ～0 ．2 5r n m ，油耗就能减 少0 ．5 ％一1 ．0 ％，发动机的效率就能提高2 ％左右。 封严涂层主要应用于航空发动机的所有封严圈、盘 与蜂窝或可刮削涂层配合 。具有动态密封作用，可 提高发动机的功率和效率。可磨耗涂层大多由一定 艮衙酚金属相农具有自橱滑功能的非金属相的复合 材料组成。其中金属相的作用是抗冲蚀、抗氧化，保 证涂层自身的强度以及和基体的结合强度。非金属 相的作用是保证可磨耗性、减摩、抗粘着，这些非金 属大多具有低的硬度、低的剪切强度和低的摩擦系 数。 封严技术中所使用的复合粉末依使用温度不同 而多种多样，可分为中低温涂层、中温涂层和高温涂 层。低温涂层使用温度小于4 0 0 ℃。中温蜍层的使 用温度为4 0 0 ～5 5 0 ℃，高温涂层使用温度5 5 0 ℃以 作者简介杨晓鲥 1 9 8 0 一 ，女，硬士 上。随着航空发动机对工作温度的提高，对可磨耗 封严涂层的要求越来越高。除要求保证可磨耗涂和 抗冲蚀性外．还要求涂层有更好的耐热性和热稳定 性，避免高温对出现的涂层于叶片之间的粘着以及 熔化、磨损叶片，因此研究和开发高温封严涂层已成 为封严涂层研究的重点t ”。 1 金属基可磨耗封严材料 这种材料是主要由3 种成分组成，金属基体、固 体润滑剂和聚醋材辩组成。根据金属基肄的不同研 制了多种可磨耗封严材料，如N i c r m B N ．聚酯材 料、C o N i C r A l Y - h B N ．聚酯材料。在高温下，金属合 金具有抗氧化和抗热腐蚀性能，I 廊q 主要作用是降 低涂层的摩擦系数．聚酯材料主要是在涂层中产生 大量的空洞。聚酯材料含量的增加能增加涂层的可 磨耗性。但是同时涂层的抗冲蚀性能就会下降。因 此．材料中聚醋的含量和尺寸应根据使用条件的要 求，优化涂层材料的成分，使得涂层可磨耗性和抗冲 蚀性可以达到最优的配合[ 6 1 。C o N i C r A I Y ．h B N ．聚 万方数据 1 0 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年增刊 酯材料主要应用于涡轮机的高压压气机。高压压气 机的工作温度可以达到7 5 0 “ C 。对于未经处理的的 镍台金或钢制叶片，使用温度 7 5 0 ℃，对于叶片尖 端经过处理的，C o N i C r A l Y ．h B N 一聚酯涂层的使用温 度 4 0 ％ 具 有非常好的可磨耗性能，D u r a b r a d e2 1 9 2 涂层 孔隙 率为3 0 ％ 在叶尖速度为3 5 0 和4 1 0m ／s 时，具有 好的切削性能。 3 涂层抗冲蚀试验M o 在室温下，采用6 0 0g 氧化铝颗粒 粒度～5 0 p m 在2 0 ’ 的冲蚀角度，冲蚀距离为1 0 0m m ，进行 冲蚀试验 图6 。用G E 标准进行测量。 冲蚀量 渐鑫器‰丽 G E 单位为s ／m i l ，代表的是冲蚀厚度为2 5 ．4 “m 时。所用的时间 以秒为单位 。测试结果如图7 所示ⅡJ 。由图7 可知，随着等离子功率的增加，陶瓷 基可磨耗涂层的抗冲蚀性能增加。 图6 冲蚀实验的原理图 F i g ．6 P r i n c i p l eo fe r o s i o nt e s t 3 结束语 国内外开始将可磨耗涂层材料聚焦到高温可磨 耗涂层材科研究，国内有相关机构制备研制了相关 的可磨耗性试验台，但针对涂层材料和涂层性能系 统的研究仍然比较欠缺。上述可磨耗性涂层。都需 囊一S M 2 3 9 5 MCSM2395 M F S M 2 4 6 0 声 一．．●F - - - - - - 一 十 ， 十 ， 酽口 L O WM E D I U MH I G H 图7 冲蚀试验的测试结果 F i g ．7 R e s u l t so ft h ee r o s i o nt e s t 要依靠热处理作为后续工艺，这样对于在传统的炉 内热处理一些大型工件就不太适合。而且热处理可 能会影响工件涂层的质量。同时可能对未有涂层的 部位有一定的影响。 参考文献 [ 13 张先龙，易茂中．典型中温封严涂层的抗冲蚀性能[ J ] ． 新工艺、新技术、新设备，1 9 9 8 5 2 8 3 0 ， [ 2 ] 易茂中，张先龙，郑济宏，等．可盾耗封严涂层及其性能 评价[ J ] ．航空制造技术，1 9 9 8 3 3 5 ． [ 3 ] S i m o nA t l 【i n s o n ．G a st u r b i n e s ∞e ‘a b r a d a b I e 。t m a t i n g sf o r c l e a r a n c e c o n t r o ls e a l s [ J ] ．S e a l i n gT e c h n o l o g y ，2 0 0 2 ，9 7 ； 7 8 ． 【4 ] L i m aRS ，M a r p l eBR ．N a n o a t r u e t u r e dA h r a d a b l eC o a t i n g s f o rH i g hT e m p e r a t u r eA p p l i c a t i o m [ A ] ／／．P r o e e d l n g so ft h e 2 0 0 6I n t e r n a t i o n a lT h e r m a lS p r a yc o n f 口t 1 1 c e [ c ] ．S e a t t l e ， W a s h i n g t o n 。U S A ，2 0 0 6 ． [ 5 ] S p o r e rD ，D o d m a nM ，X i eL ，na 1 ．P r o c e s s i n ga n dP r o p e r - t i e s 。fA d v a n c e dC e r a m i cA b r a d a b l eC o a t i n g s [ M ] ．T h e r m a l s r I r a y2 0 0 7 G l o b a lC o a t i n gS o l u t i o n s ．2 0 0 7 ． [ 6 ] B o b z i nK ，L u g s c h e i d e rE ．M i c r o s t r u c t u r ea n dP r o p e r t i e so f N e wA b r a d a b l eS e a lC o a t i n g sf o rC o m p r e s s o rA p p H c a t ．o r 4 【A ] ／／．P r o c e e d i n g so ft h e2 0 0 6I n t e r n a t i o n a lT h e r m a l s p r a yC o n f e r e n c e [ C ] ．S e a t t l e ，W a s h i n g t o n ，U S A ．2 0 0 6 ． 【7 ] M u r a l e e d h a r a uK ，S u b r a h r m m y a mJ ．B h a d u r i S B ．1 n d e n t i f i c a t i c mo f t ’p h a s e i nz r q 一7 ．5 w t ％Y 2 qT h e r r e a l B a r r i e xC o a t i l l 】g s [ J ] ，J ．A m ．C e r a m ．S O e ．．1 9 8 8 ，7 1 5 2 2 6 2 2 7 ． 5 4 3 2 l O ozl￡∞∞o 蛐 咖 蛳 瑚 m ∞ o 一日ih生世j譬■uliou 万方数据