1、表面處理技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用航空發(fā)動機(jī)航空發(fā)動機(jī)（aero-engine），是為航空器提供推動力或支持力的裝置，是航空器的心臟。自從飛機(jī)問世以來的幾十年中，發(fā)動機(jī)得到了迅速的發(fā)展，從早期的低速飛機(jī)上使用的活塞式發(fā)動機(jī)，到可以推動飛機(jī)以超音速飛行的噴氣式發(fā)動機(jī)，航空發(fā)動機(jī)已經(jīng)形成了一個種類繁多，用途各不相同的大家族。 從發(fā)展歷程來說，航空發(fā)動機(jī)經(jīng)歷了兩個顯著的發(fā)展時期，即：活塞式發(fā)動機(jī)時期和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)時期。航空發(fā)動機(jī)燃?xì)鉁u輪機(jī)主要由壓縮機(jī)（compressor）、燃燒室（combustion chamber）、渦輪（turbine）等部分構(gòu)成。新鮮空氣由進(jìn)氣道進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)后，首先由壓縮機(jī)

2、加壓成高壓氣體，接著由噴油嘴噴出燃油與空氣混合后在燃燒室進(jìn)行燃燒成為高溫高壓氣體，然后進(jìn)入渦輪段推動渦輪，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出，最后的廢氣由排氣管排出。視頻航空發(fā)動機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)是在渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的的基礎(chǔ)上增加了幾級渦輪，并由這些渦輪帶動一排或幾排風(fēng)扇，風(fēng)扇后的氣流分為兩部分，一部分進(jìn)入壓氣機(jī)（內(nèi)涵道），另一部分則不經(jīng)過燃燒，直接排到空氣中（外涵道）。內(nèi)外涵道的協(xié)同作用可以很好的解決熱效率和推進(jìn)效率之間的矛盾。航空發(fā)動機(jī)航空發(fā)動機(jī)的材料使用幾乎覆蓋了各種金屬、非金屬的最高級狀態(tài)，是最尖端的鈦合金、高溫合金的最大用武之地。R-2800普惠公司生產(chǎn)的雙排雙黃蜂視頻航空發(fā)動機(jī)發(fā)展趨勢當(dāng)今航空發(fā)動

3、機(jī)的主要發(fā)展方向是提高發(fā)動機(jī)渦輪前進(jìn)口溫度、增加推重比和提升渦輪發(fā)動機(jī)部件在包括腐蝕和氧化等嚴(yán)酷服役環(huán)境下的熱效率。隨著渦輪前進(jìn)口溫度、推重比和熱效率的提高，發(fā)動機(jī)熱端部件所經(jīng)受的燃?xì)鉁囟群腿細(xì)鈮毫Σ粩嗵岣?。航空發(fā)動機(jī)發(fā)展趨勢眾所周知, 航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪葉片工況十分惡劣, 不僅受到高溫、高速燃?xì)饬鞯臎_刷, 還要承受巨大的離心力。實(shí)踐證明, 燃?xì)鈱θ~片材料產(chǎn)生的高溫氧化腐蝕將是引起葉片損傷的主要破壞形式之一，為提高渦輪葉片的壽命, 增強(qiáng)防高溫氧化腐蝕能力, 需要在渦輪葉片表面涂覆一層保護(hù)涂層, 使葉片本體免于受到燃?xì)馇治g。航空發(fā)動機(jī)涂層保護(hù)種類先進(jìn)的涂層方法主要包括：真空等離子噴涂；層流等離子

4、噴涂；超音速火焰噴涂；電子束物理氣相沉積；化學(xué)氣相沉積；真空離子濺射涂層等。航空發(fā)動機(jī)涂層保護(hù)種類磁控濺射鍍膜：濺射速率高、被鍍工件溫升低、膜層附著力好。離子鍍：離子鍍的涂層與基體結(jié)合牢固，鍍層均勻且致密，可鍍材料廣泛（合金，活潑金屬等），涂覆層基本上不影響零件原有的表面粗糙度和機(jī)械性能。熱噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用按熱源及材料分類用某種方式將涂層材料(粉末或絲材)熔化或半熔化，并以較高速度的燃流攜帶加速、噴射并牢固粘結(jié)在冷態(tài)的經(jīng)過預(yù)處理的基體表面，形成所需性質(zhì)連續(xù)的致密涂層視頻熱噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用由于熱噴涂技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)，在國外，各種噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)上已獲得廣泛的應(yīng)用。熱噴涂

5、技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用美國PW(普惠)公司自20世紀(jì)60年代以來。逐漸擴(kuò)大了熱噴涂的應(yīng)用范圍，諸如JT3D、JT8D、JT9D等發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零部件風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片、燃油噴嘴組件、燃燒室、渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、軸頸、軸承座和空氣封嚴(yán)圈等2800多個零件，用47種材料進(jìn)行熱噴涂，使JT3D發(fā)動機(jī)的大修期從4000h提高到16000h.熱噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用英國RR公司的斯貝(SPEY)發(fā)動機(jī)上有200多種零部件采用了熱噴涂涂層；RB211發(fā)動機(jī)燃燒室襯套采用鎳鉻鋁及氧化鎂氧化鋯熱障涂層后，二次大修間的使用壽命1000h提高到40005000h。熱噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用以麥道航空的

6、道格拉斯Douglas DC-8發(fā)動機(jī)為例。需要進(jìn)行噴涂噴涂的部位為。熱噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用HVAF噴涂HVAF噴涂的工作過程類似于航空發(fā)動機(jī)，壓縮空氣和煤油在燃燒室混合、(火花塞)點(diǎn)火燒，然后從噴管高速噴出，而粉末通過保護(hù)氣體(如氮?dú)?送人焰流中并在其中熔化或半熔化并獲得速，最后從槍筒噴出，沖擊待噴涂的基體表面形成密的涂層。由于HVAF噴涂中高速火焰的溫度較低，氧含量低，與其他工藝相比，噴涂材料不易分解，得到的涂層呈現(xiàn)極少的氧化物和化學(xué)反應(yīng)。燃燒電弧噴涂(ComARC)經(jīng)電弧加熱絲端形成液態(tài)金屬，再由高溫丙烷氣燃燒產(chǎn)生的超聲速焰流霧化，霧化其平均粒速比傳統(tǒng)的電弧噴涂的粒速大好幾倍。粒

7、子的小尺寸及高粒速均促使產(chǎn)生均勻致密的涂層。與HVOF比，CCmARC噴涂有較高的沉積效。ComARC噴涂也是電弧噴涂，因此該工藝的應(yīng)用限于可導(dǎo)電的涂層材料，而不受其熔點(diǎn)高低的限制。世界航空發(fā)動機(jī)公司巨頭美國通用電氣公司（GE）普拉特惠特尼公司（P&W普惠公司）羅爾斯羅伊斯（R-R羅羅公司）/視頻General Electric CF6The General Electric CF6 is a family of high-bypass turbofan engines produced by GE Aviation. A development of the first high-power

8、 high-bypass jet engine available, the TF39, the CF6 powers a wide variety of civilian airliners.General Electric CF6The General Electric CF6 is a family of high-bypass turbofan engines produced by GE Aviation. A development of the first high-power high-bypass jet engine available, the TF39, the CF6

9、 powers a wide variety of civilian airliners/視頻Pratt & WhitneyPratt & Whitney is a U.S.-based aerospace manufacturer with global service operations. It is a subsidiary of United Technologies Corporation (UTC). Pratt & Whitneys aircraft engines are widely used in both civil aviation (especially airli

10、nes) and military aviation. Its headquarters are in East Hartford, Connecticut, USA.2 As one of the big three aero-engine manufacturers, it competes with General Electric and Rolls-Royce, although it has also formed joint ventures with both of these companies.Pratt & WhitneyThe Pratt & Whitney F119

11、is an afterbur-ning turbofan engine developed by Pratt & Whitney for the Lockheed Martin F-22 Raptor advanced tactical fighter.Rolls-Royce SpeyThe Rolls-Royce Spey is a low-bypass turbofan engine originally designed and manufactured by Rolls-Royce that has been in widespread service for over 40 year

12、s. Intended for the civilian jet airliner market when it was being designed in the late 1950s, the Spey concept was also used in various military engines, and later as a turboshaft engine for ships known as the Marine Spey, and even as the basis for a new civilian line, the Rolls-Royce TayEJ-200 Eur

13、ofighter Typhoon視頻熱障涂層熱障涂層（TBCs Thermal Barrier Coatings）是由導(dǎo)熱性較差的陶瓷氧化物面層和起粘結(jié)作用的底層組成的防熱系統(tǒng)。TBCs可以明顯降低基材溫度、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，具有防止高溫腐蝕、延長熱端部件使用壽命、提高發(fā)動機(jī)功率和減少燃油消耗等優(yōu)點(diǎn)。熱障涂層1976年，在美國NASA劉易斯研究中心研制的MgO部分穩(wěn)定的Zr02熱障涂層在J75發(fā)動機(jī)上首次通過驗(yàn)證，隨后成功用于該發(fā)動機(jī)的燃燒室，后來被稱之為第一代航空用熱障涂層。熱障涂層20世紀(jì)80年代初，P&W公司成功地開發(fā)了第2代等離子噴涂熱障層PWA264。PWA264涂層在JT9D發(fā)

14、動機(jī)渦輪葉片上成功應(yīng)用之后，又陸續(xù)在PW2000、PW4000和V2500等發(fā)動機(jī)的渦輪葉片上得到試驗(yàn)驗(yàn)證和應(yīng)用。20世紀(jì)80年代末，為了適應(yīng)更高的溫度要求，P&W公司又成功地開發(fā)了第3代渦輪葉片EB-PVD熱障涂層PWA266。PWA266以其極好的耐久性、抗熱剝落性能和耐熱性，在JT9D和PW2000發(fā)動機(jī)上得到成功驗(yàn)證之后，于1989年首先應(yīng)用到PW2000發(fā)動機(jī)渦輪葉片上，之后又應(yīng)用至JT9D7R4、V2500、F100-PW-229和F119等發(fā)動機(jī)渦輪葉片上。熱障涂層應(yīng)用該涂層后，F(xiàn)119發(fā)動機(jī)高壓渦輪工作葉片工作溫度比未噴涂該涂層葉片的可提高150K左右。除此之外，P&W公司在J

15、T3D和JT38D發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片、燃燒室、渦輪葉片等處均用了熱障涂層。同時，美國GEAE公司分別于上世紀(jì)80年代末和90年代初成功開發(fā)了APS和EBPVD熱障涂層，并在CF6-50發(fā)動機(jī)的第2級渦輪導(dǎo)向葉片上，采用LPPS制備的MCrAlY粘結(jié)層和APS陶瓷層的熱障涂層。熱障涂層熱障涂層在CF6-80發(fā)動機(jī)的第1級工作葉片上采用Pt-AI粘結(jié)層和EB-PVD陶瓷層的熱障涂層，第2級渦輪導(dǎo)向葉片采用了APS制備MCrAIY粘結(jié)層和APS陶瓷層的熱障涂層。熱障涂層英國RR公司也逐漸將TBCs大量應(yīng)用到軍用和民用發(fā)動機(jī)上。Spey發(fā)動機(jī)有200多個零件使用了熱障涂層，尤其是在第l-3級渦輪葉片葉冠上均使用了熱障涂層，從而改善了葉片可靠性，提高了發(fā)動機(jī)效率。Spey熱障涂層為提高發(fā)動機(jī)燃燒室可靠性，防止發(fā)生熱變形進(jìn)而產(chǎn)生裂紋，RR公司還在RB211發(fā)動機(jī)燃燒室襯套表面采用了APS氧化鋯