涡轮叶片NiCoCrAlYTa涂层抗高温氧化和腐蚀性能测试研究

目的保障涡轮叶片的安全可靠应用,研究NiCoCrAlYTa涂层的高温氧化和燃气热腐蚀行为。方法针对有无涂层的涡轮叶片试样,分别进行1050℃/100 h的抗氧化试验和950℃/100 h的燃气热腐蚀试验,同时分析试验后合金基体和涂层的微观形貌。结果抗氧化试验后,无涂层试样的平均氧化皮脱落量和平均氧化速率分别是带涂层试样的10倍和3倍左右,无涂层试样叶身表面可见大量氧化皮脱落形成的凹坑,带涂层试样的涂层完好,基体未见氧化特征。燃气热腐蚀试验后,无涂层试样的腐蚀速率是带涂层试样的3倍,无涂层试样叶身表面可见较多腐蚀坑,有涂层试样的涂层未被明显腐蚀。结论 NiCoCrAlYTa涂层在经过长时间高温氧化和腐蚀后仍能形成完整的Al_2O_3膜,从而起到较好的保护作用。Ta、Y等元素对Al_2O_3氧化膜的形成及质量具有促进作用。     

发动机压气机转子叶片断裂失效分析

某型航空发动机在长期使用后压气机Ⅲ级转子叶片断裂失效.对叶片表面及断口的宏微观形貌进行了观察和能谱分析,并对叶片的组织和硬度进行了检测.研究结果表明,发动机压气机Ⅲ级转子叶片是在存在严重腐蚀损伤情况下发生的振动高周疲劳断裂,空气中的S,Cl元素导致叶片进气边产生严重的腐蚀损伤,对疲劳裂纹的萌生起着重要的作用.     

热障涂层对DD6单晶高温合金高周疲劳性能的影响

目的研究电子束物理气相沉积热障涂层对单晶高温合金高周疲劳性能的影响,为热障涂层在涡轮叶片上的应用提供技术支持。方法采用真空电弧镀和电子束物理气相沉积工艺制备YSZ热障涂层,进行900℃条件下高周疲劳性能测试,采用扫描电镜对测试后的试样表面、断口形貌进行观察与分析。结果在900℃、380 MPa条件下,带涂层的DD6单晶试棒循环次数(Nf)超过了107,420 MPa条件下超过了106。通过对DD6单晶试棒断口分析,失效后的带涂层试棒仍以DD6单晶常见滑移解离形式发生破坏。结论高周疲劳性能测试条件下,带YSZ热障涂层的试棒中粘结层率先产生垂直微裂纹,但是裂纹扩展延伸中发生氧化钝化,之后DD6基体沿正常的滑移方向从表面向内部疲劳扩展,带涂层的试棒疲劳裂纹并非由涂层微裂纹直接扩展形成,热障涂层对DD6单晶高温合金高周疲劳性能影响较小。     

海洋环境下燃气轮机涡轮叶片的热腐蚀与防护

涡轮叶片热腐蚀是海洋环境工作下的燃气轮机的典型故障之一,也是决定涡轮叶片使用寿命的主要限制因素之一.简要分析了我国沿海地区海洋环境的特点以及涡轮叶片热腐蚀的特点,讨论了燃气轮机涡轮叶片的热腐蚀机理和影响因素,结果表明叶片表面温度、燃气中的盐含量以及燃油中的硫与钒是导致热腐蚀的重要因素.最后,着重从选材、涂层应用和维护等...     

热盐腐蚀环境对TC11钛合金高温寿命影响规律试验研究

目的 针对发动机钛合金部件在热盐环境与工作载荷下的寿命衰减问题，开展TC11钛合金热盐腐蚀疲劳与应力腐蚀试验，研究腐蚀环境下TC11的高温寿命衰减规律与失效机理。方法 利用喷盐法制备TC11钛合金试验件，研究不同温度与应力水平对TC11腐蚀疲劳以及应力腐蚀的影响规律。利用SEM等观测手段，开展腐蚀疲劳以及应力腐蚀试样断口与表面的形貌分析，分析腐蚀环境下的失效机理。结果 热盐腐蚀环境导致TC11的寿命显著降低，对比450 ℃下无腐蚀寿命，腐蚀疲劳寿命下降了2个数量级，应力腐蚀寿命下降到不足1%，且分散性较大。观察腐蚀疲劳和应力腐蚀的试样可以发现，表面有明显的腐蚀坑，腐蚀坑底发现裂纹。结论 热盐环境下，TC11腐蚀疲劳寿命和应力腐蚀寿命都会明显下降。由于腐蚀导致钛合金试样表面产生许多腐蚀坑，在腐蚀坑局部形成近似缺口，缺口部位的应力集中是导致腐蚀疲劳寿命衰减的重要因素。腐蚀疲劳的寿命低于Kt=1的无腐蚀疲劳寿命，但是要大于Kt=3的无腐蚀疲劳寿命。     

铂改性铝化物涂层的高温防护性能研究

目的研究1100℃下铂改性铝化物(Pt-Al)涂层在空气中的高温氧化行为。方法采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上制备铂改性铝化物(Pt-Al)涂层,采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析Pt-Al涂层在高温氧化过程中相结构、显微组织和成分的演变规律。结果经1100℃氧化250 h后,Al涂层及Pt-Al涂层的氧化动力学曲线符合抛物线演变规律,Pt-Al涂层的涂覆对基体合金的抗高温氧化性能的提高要优于Al涂层;经过150 h氧化后涂层出现了氧化膜剥落现象,同时涂层内部也出现了"地道"现象。结论 Pt-Al涂层对基体高温抗氧化性能有积极效果。     

钛合金表面微弧氧化涂层在模拟海洋环境下摩擦腐蚀规律研究

目的 研究TC17钛合金及其表面微弧氧化(Microarc Oxidation,MAO)涂层在模拟海洋大气环境下发生摩擦腐蚀行为的规律及特征.方法 利用微弧氧化技术,在TC17钛合金表面原位生长MAO涂层,通过SEM、EDS以及XRD对MAO涂层微观结构、元素分布以及相组成进行检测分析.采用电化学工作站和摩擦腐蚀设备研究试样在模拟海洋环境条件下的耐腐蚀及摩擦腐蚀的性能.结果 在硅酸盐中制备的MAO涂层,表面微孔尺寸较小,且分布均匀,MAO涂层与基体结合良好,无明显微裂纹等缺陷的存在,其平均厚度约为15.8μm.MAO涂层主要有金红石相、锐钛矿相和SiO2相组成.MAO涂层的自腐蚀电位较基体有所提高,而其钝化电流密度则显著降低.MAO涂层在腐蚀液中表现出较低的摩擦系数,开路电位缓慢降低.结论 TC17基体表面氧化膜在摩擦开始瞬间发生破裂,难以起到有效的防护作用,而MAO涂层由硬度较高的金红石相和SiO2相组成,在摩擦腐蚀过程中,能够起到优异的耐磨损腐蚀的作用.     

“热障涂层新材料、制备技术及性能评价”专题序言

<正>发动机涡轮前燃气温度对航空发动机的推重比(或功重比)有着至关重要的影响。研究表明,在发动机其他参数不变的条件下,涡轮前燃气温度每提高50℃,发动机的推力可增加7%～8%。在推重比8以前的发动机涡轮前燃气温度为1440 K左右,而推重比8发动机的涡轮前燃气温度为1670 K,推重比10的发动机,其涡轮前燃气温度达到了1850 K左右,推重比12发动机的涡轮前燃气温度预计将达到2000K。更高推重比的航空发动机将要求更高     

不同条件下进行渗后扩散的铝硅涂层氧化行为研究

目的提高铝硅涂层的抗氧化性能。方法采用料浆法在DZ417G定向凝固镍基高温合金叶片的燃气流道表面制备铝硅防护涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)分析不同条件下进行渗后扩散的铝硅涂层表面显微组织形貌和截面显微组织形貌。结果无保护气氛下进行渗后扩散处理的铝硅涂层,在扩散过程中就已经发生了氧化,氧化过程首先形成多孔非致密结构的θ-Al_2O_3相,随着氧化过程的进行,θ-Al_2O_3相逐渐转变成致密结构的α-Al_2O_3相,从而起到真正的抗氧化作用。结论铝硅涂层中的Al元素提前被消耗,对铝硅涂层的使用寿命存在一定影响,因而渗后扩散须保证在真空条件下或有保护气氛条件下进行,使叶片表面渗后的铝浓度达到一定的要求,从而在使用过程中可以生成致密结构的α-Al_2O_3相,起到抗氧化作用,提高叶片的使用寿命。     

海洋工况下航空发动机冷端叶片的冲蚀损伤与防护概述

围绕海洋环境下航空发动机的服役特点,针对发动机叶片在海洋/近岸地区不同气候条件下的工作状况,对发动机冷端叶片在腐蚀-冲蚀联合作用下的失效机制进行了梳理总结.对海洋环境下服役的发动机叶片防护涂层的相关研究进行了归纳,总结了不同叶片防护涂层的设计理念及其性能表现.对于航空发动机叶片的防护涂层,目前主要是以一元或多元金属氮化物涂层,和金属相与陶瓷相的键合涂层为主,两类涂层的设计目的在于通过控制涂层中的相含量来调控涂层的强韧比和耐磨耐蚀性.     

5%NaCl盐雾环境对铝合金铆接防护结构性能影响研究

目的研究2024铝合金在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳性能。方法开展2024铝合金5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳试验,采用"疲劳加载-腐蚀环境"交替循环的试验模式,通过试验测试铝合金铆接结构在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳寿命值,分析不同疲劳载荷大小对铝合金连接结构的腐蚀疲劳寿命影响。结果 5%NaCl盐雾环境对于铝合金铆接结构疲劳寿命有较大影响,疲劳载荷对防护涂层防护性能和腐蚀疲劳载荷的滞后效应等两方面影响,0.25P破坏载荷相较于0.3P破坏载荷,涂层防护作用影响更小,低载锻炼效应更强,腐蚀疲劳寿命降低量更少。结论 2024铝合金铆接结构耐腐蚀性能与结构载荷和防护涂层特性有重要关系。     

难熔金属表面高温防护涂层研究进展与技术展望

回顾了难熔金属五大高温防护涂层体系的发展现状,即生成保护性氧化膜的金属间化合物涂层、贵金属涂层、生成保护性氧化膜的合金涂层、惰性氧化物陶瓷涂层以及玻璃陶瓷基复合涂层,总结了这些涂层的高温防护机理、制备方法以及失效机制。基于单一的传统高温防护涂层体系已经难以满足新一代高比冲姿、轨控火箭发动机以及高超声速飞行器热端部件对高温防护涂层提出的抗超高温氧化性能、优良的抗热震性能、良好的抗热冲刷(烧蚀)性能以及长服役寿命等性能需求的现状,简要介绍了过渡族金属的硼化物、碳化物等几种潜在的新型高温防护涂层材料体系,以及相应的涂层制备方法,这些新型涂层体系的发展有望满足现代宇航工业难熔金属热端部件的高温防护需求。     

某型飞机减速板钛合金梁断裂原因分析

简要介绍了某型飞机减速板钛合金梁断裂的情况。采用XL30场发射环境扫描电镜及能谱仪对断口进行了取样分析。结果表明,在减速板钛合金梁销钉孔周围的应力集中区存在点蚀坑。点蚀坑主要是由于在疲劳载荷和CL-的共同作用下,销钉孔周围的应力集中区表面氧化膜破裂和重新生成的不断交替发生而形成的。在疲劳载荷作用下点蚀坑萌生疲劳裂纹源,并逐渐扩展,最终导致结构破坏。     

腐蚀时间和温度对LY12CZ铝合金疲劳强度的影响

在实验室环境下对LY12CZ铝合金试验件进行溶液浸泡预腐蚀试验,产生腐蚀坑,使用KH-7700显微镜获得了不同腐蚀时间和腐蚀温度条件下的损伤数据,然后进行疲劳加载试验,建立了不同腐蚀时间和腐蚀温度与疲劳寿命之间的关系。试验结果表明,腐蚀时间和温度对铝合金的预腐蚀损伤及相应的疲劳寿命有着显著影响。     

涡轮叶片高温振动特性试验技术研究

目的获取涡轮叶片实际工作温度下的模态特性、探索高温模态试验技术。方法通过虚拟试验与物理试验相结合的方式进行叶片的高温振动特性试验,首先应用基于ABAQUS的有限元分析方法,进行叶片的虚拟热试验,得到叶片的温度分布后对其模态特性进行求解。搭建叶片高温振动特性试验系统,采用辐射加热的方式对叶片施加热载荷,同时采用高频电磁振动台激振叶片,利用激光测振设备来测试叶片的速度分布从而获取叶片的振动特性参数。结果最终对比两种试验结果,虚拟试验结果与物理试验存在一定的误差,但在允差范围内。结论所述的试验方法可以为叶片振动特性测试提供科学依据,并对叶片的疲劳试验研究具有良好的参考价值。     

钛合金叶片防护涂层研究--十五科研项目工作总结

针对先进航空发动机压气机用钛合金，研究真空多弧离子镀技术在钛合金上制备ZrN抗冲蚀防护涂层及NiCrAlY抗氧化防护涂层工艺。结果表明，ZrN涂层大大提高了钛合金的抗冲蚀性能，扩散障＋NiCrAlY涂层有效地抑制了钛合金的氧化，涂层对钛合金起到了很好的防护作用，并制备了钛合金叶片涂层样件。     

电镀锌镍合金与热渗锌涂层热带海洋大气环境腐蚀规律对比分析

目的 解决钢铁表面金属涂层在热带海洋大气环境中易腐蚀损伤或失效的问题,选择对热带海洋大气环境耐腐蚀性能优良的金属涂层,提高钢铁工件的使用寿命。方法 在某热带海域进行户外暴露试验,对钢铁试片电镀锌镍合金和热渗锌2种金属涂层的腐蚀规律进行研究。通过扫描电镜、X射线能谱仪、光学显微镜、划格试验等,对锌镍合金镀层和热渗锌涂层的表面形貌、化学成分、截面形貌、涂层厚度及附着力等分别进行观察与测试。结果 电镀锌镍合金镀层主要发生选择性腐蚀和点蚀,在720d内具有较好的腐蚀防护性能。热渗锌层以均匀腐蚀为主,涂层微裂纹促进了腐蚀,在90 d内基体无腐蚀,360～720 d涂层的腐蚀速率较快。结论 在采用的2种金属涂层工艺中,电镀锌镍合金镀层的耐腐蚀性能远优于热渗锌涂层。相对于该热渗锌涂层,电镀锌镍合金镀层更加适合作为钢铁工件金属涂层在该海域大气环境中长期使用。     

1420合金预腐蚀疲劳性能研究

研究了1420合金在不同腐蚀介质环境下的预腐蚀疲劳性能。在加速腐蚀环境下，预腐蚀对1420合金的疲劳性能影响较小；加速腐蚀5周样品未出现明显腐蚀痕迹，而11周有腐蚀痕迹出现．并且疲劳寿命曲线略有降低。在剥蚀环境下，预腐蚀对1420合金的疲劳性能影响很大;蚀液浸泡24h样品表面有剥蚀坑出现，剥蚀导致疲劳寿命迅速降低。剥蚀液浸泡72h样品的疲劳寿命只有118周次。