某航空发动机热端部件涂层技术

 为提高航空发动机热端部件抗腐蚀、抗高温氧化、抗磨损等能力,延长机件使用寿命,通常采取在发动机热端部件喷涂具有耐蚀、高温抗氧化、耐磨损



为提高航空发动机热端部件抗腐蚀、抗高温氧化、抗磨损等能力,延长机件使用寿命,通常采取在发动机热端部件喷涂具有耐蚀、高温抗氧化、耐磨损等功能的防护涂层[1]。由于设计原因,某航空发动机在工作过程中,一级涡轮导向器隔热屏封严篦齿的外篦齿暴露在高温燃烧区,未得到有效的冷却,产生极大的热应力,引起篦齿根部背面涂层裂纹甚至掉块,如图1所示。统计分析表明:某航空发动机工作到大寿命时,一级涡轮导向器隔热屏NiCr- Cr3C2 涂层裂纹故障率高达80%,因此研究热端部件NiCr- Cr3C2涂层修复技术成为目前一项急待解决的问题。要解决涂层裂纹甚至掉块的故障,就需要提高涂层的结合强度,保证涂层获得相当的耐蚀、高温抗氧化、耐磨损等能力,为此必须适当调整涂层材料的成分配比[1-2]。


调整涂层材料的成分配比
一级涡轮导向器隔热屏原涂层是采用底层为镍钴铬铝钇,面层为20%Ni5%Cr-75%Cr3C2 混合粉喷涂制成。因镍钴铬铝钇作为涂层底层能够满足结合强度要求,所以成分无需调整。NiCr- Cr3C2 涂层是一种碳化物涂层,它利用碳具有很高硬度、耐高温、并有一定润滑作用等性能,使涂层具有良好的抗冲击性、韧性等; NiCr- Cr3C2复合粉中的Ni在喷涂过程中会与底层镍钴铬铝钇中的Al发生反应,增加涂层与基体的黏结性能。因此,采取适当降低Cr3C2的含量、提高NiCr 中Ni 含量的方法,提高涂层与基体的结合强度。
1 面层材料及配比
NiCr- Cr3C2 涂层由NiCr合金与Cr3C2粉末组成,不同的结构形式、组成成分、颗粒度,涂层的性能也不相同,具体情况见表1[3-5]。


由表1可知,NiCr合金与Cr3C2粉末的结构形式有2 种,一种是混合式团聚粉,另一种是包覆式复合粉,如图2所示。


混合式粉末涂层韧性好,在高温燃气中抗气蚀、腐蚀能力强,但在喷涂过程中Cr3C2于500~700℃时易氧化成Cr2O3,其硬度降低;包覆式粉末涂层结合力强,硬度高,表面光洁,在高温中耐磨抗氧化能力强,且在喷涂过程中因NiCr合金抗氧化性好,很好地保护了Cr3C2,使Cr 3C2未被氧化而损失,从而使涂层保持了很高的硬度。因此,NiCr 合金与Cr3C2粉末的结构形式选用包覆式。
由表1可知,30%NiCr -70 %Cr3C2复合粉体制备的涂层具有结合力强、高硬度、高温抗氧化、耐磨耗、耐磨蚀,用于830℃由硬表面引起的磨损或磨粒磨损,和其它粉末组成成分相比最适合航空发动机热端部件工作特点,因此采用包覆型的25%Ni5%Cr-70% Cr3C2 复合粉代替混合型的20% Ni5%Cr-75% Cr3C2 混合粉[6]。


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