热障
- 孔隙对热障涂层微压痕响应影响的数值模拟*
710048）热障涂层（Thermal barrier coatings，TBCs）作为一种重要的高温热防护材料，广泛应用于航空发动机及燃气轮机涡轮叶片等高温合金部件上，用于提高发动机热端部件使役温度，延长服役寿命。微纳米压痕技术被视为材料的“指纹”，在表征薄膜和涂层的弹性模量和硬度等力学性能方面起着重要的作用。相比于纳米压痕技术，微压痕技术可以在更大尺度上评价薄膜和涂层的力学性能。Wang 等[1]采用有限元方法对La2ZrO2（LZ）热障涂层进行了表
航空制造技术 2023年17期2023-10-28
- PS–PVD 制备YSZ 热障涂层的CMAS 腐蚀行为研究*
术的极限。因此，热障涂层被认为是目前能够大幅度提高航空发动机工作温度最切实可行的一种隔热防护技术[4–5]。热障涂层（Thermal barrier coatings，TBCs）是一种多层结构材料，主要是由陶瓷层、粘结层、金属层及氧化层组成，其中陶瓷层的主要成分是Y2O3部分稳定的ZrO2（YSZ），用来隔绝高温燃气，从而降低金属基底工作温度[6–7]；粘结层主要是减缓陶瓷层与金属基底之间的物理性能差异，增强陶瓷层在金属基底上的结合力[8–9]，成分是MC
航空制造技术 2023年17期2023-10-28
- 热障涂层服役环境模拟试验方法的研究进展*
热端部件的需求，热障涂层隔热防护技术是目前提高发动机服役温度最有效的方法，是将耐高温、抗腐蚀、低导热的陶瓷材料喷涂或沉积在高温合金基底表面，以降低热端部件表面温度、提高基体抗高温氧化腐蚀性能的一种防护技术。图1 典型发动机及其燃气进口温度[1]Fig.1 Typical engine and its gas inlet temperature[1]热障涂层是由隔热的陶瓷层、抗氧化且增强结合力的粘结层以及镍基高温合金基体组成。各层成分和界面微观结构的复杂性、
航空制造技术 2023年17期2023-10-28
- 等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)热障涂层在高温高速航空煤油燃气热冲击下的失效机制
210023)热障涂层是一种陶瓷涂层,常作为先进飞机发动机及燃气轮机热端部件的热防护涂层,具有抗高温氧化、耐腐蚀和隔热的作用。热障涂层主要由金属底层(或称黏结层)和陶瓷面层所组成[1-4],底层常采用PtAl渗层涂层和MCrAlY 涂层,面层常采用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层。热障涂层的失效形式主要表现为陶瓷面层的剥落,主要原因是面层应力容限偏低,这与其微观结构有关,因此陶瓷面层的制备工艺至关重要[5-6]。常见的陶瓷面层制备方法主要有大气等离子喷涂(
腐蚀与防护 2022年6期2023-01-10
- 航空发动机热障涂层材料体系的研究
000）0 引言热障涂层是一种常用的设备隔热技术，通过对设备表面涂抹热障涂层可以有效降低设备的运行温度，同时使其具有更强的耐热性。而在热障涂层中最常使用的便是陶瓷涂层，这不仅仅是由于陶瓷具有较好的隔热性能，同时也是由陶瓷涂层的成本更低所决定的。通过在设备表面添加陶瓷涂层既可以使其得以在高温环境中运行，甚至还可以使其热效率达到60%以上。此外，随着热障涂层技术应用的逐步广泛，人们也发现热障涂层技术既可以有效提升设备的耐热性，同时也可以有效提升其硬件设施的耐腐
新型工业化 2022年1期2022-12-16
- 涡轮叶片热障涂层减薄缺陷的微波扫频定量检测*
是在叶片表面采用热障涂层技术,所制备获得的热障涂层系统包括陶瓷表面涂层(top coating,TC)、粘接层(bond coa-ting,BC)和合金基体(alloying body)。其中,陶瓷表层和中间粘接层构成的“热障涂层(thermal barrier coating,TBC)”是涡轮叶片的关键热障结构之一,能够显著提升涡轮叶片的耐高温性、抗腐蚀性、断裂韧性以及热端部件的换热效率[1],其制备技术多为等离子喷涂与物理气相沉积技术[2]。热障涂层减
传感器与微系统 2022年8期2022-08-30
- 烧嘴端面热障涂层应用特性分析*
保护其不被烧损。热障涂层由绝热陶瓷层和基体合金组成，具有低热导率和高反射率的优点[3]，是解决烧嘴烧损问题的主要方案之一。热障涂层技术源于航空航天领域。为了将发动机的推重比提高至15～20，必须提高燃烧室的出口温度至1800～2100 ℃，这样的高温高压环境大大超过了最先进的定向凝固单晶高温合金材料的极限使用温度(≤1150 ℃)，必须采用先进的叶片冷却气膜技术和热障涂层技术[4]。一般地，热障涂层系统[5]包括三层：(1)MCrAlY粘结层(M：Co、N
广州化工 2022年10期2022-06-14
- 电子束物理气相沉积LaZrCeO 热障涂层微结构与热循环性能
。经过多年研究，热障涂层（thermal barrier coatings，TBCs）技术已成为进一步提高先进航空发动机推重比的关键性技术。热障涂层是一种由金属黏结层、热生长氧化物层和陶瓷面层组成的金属-陶瓷复合系统。陶瓷面层具有耐高温、抗腐蚀和隔热的特点，可以将基体材料与高温燃气分开，减少高温燃气对基体材料的冲蚀。金属黏结层热膨胀系数一般在陶瓷面层热膨胀系数和基体材料热膨胀系数之间，可以减缓基体材料和陶瓷面层间的热膨胀失配，提高基体材料与陶瓷面层的结合强
航空材料学报 2022年1期2022-03-25
- 航空发动机和工业燃气轮机热喷涂热障涂层用金属黏结层：回顾与展望
200240）热障涂层广泛用于航空发动机和工业燃气轮机的热端部件，保证热端部件能够在高温环境中持续工作，提高工作效率。热障涂层通常被分为两大类：热喷涂热障涂层和电子束物理气相沉积热障涂层。传统的热喷涂热障涂层为层状结构，具有相对较低的热导率，但是抵抗热循环的能力较低，通常用于不需频繁经历热循环的部件，如燃烧室的内衬和导向叶片；电子束物理气相沉积热障涂层为柱状结构，热导率相对较高，抵抗热循环的能力也较高，用于苛刻热循环环境工作的高压涡轮叶片和导向叶片。热喷
航空材料学报 2022年1期2022-03-25
- 高熵热障涂层陶瓷材料研究进展*
550000）热障涂层（Thermal barrier coatings,TBCs）是应用于航空发动机高温合金叶片上的耐热陶瓷涂层，具有复杂的物理化学性质，沉积在高温合金表面，可保护基底免受高温、氧化和腐蚀等侵害，以提高其使用温度[1-5]。热障涂层材料的选择有严格的要求：高熔点，在室温和使用温度区间内没有相变，热导率低，耐腐蚀，与基底材料有相近的热膨胀系数且结合强度大，涂层微孔结构的烧结速率低等[6-10]。氧化钇稳定化的氧化锆（Yttria-stab
航空制造技术 2022年3期2022-03-16
- 热障涂层技术发展
难。在此情形下，热障涂层（TBC）将是一种有潜力可大幅度提升涡轮前温度的技术。更高的涡轮进口温度始终是高性能航空发动机的不懈追求。目前，推重比10一级的航空发动机涡轮前温度已经超过1800K。未来，随着推重比需求的提高，涡轮前温度将进一步提升。当前，用于制造涡轮叶片的镍基高温合金的耐高温能力只有1373K，因此为了保证长期可靠工作，涡轮叶片普遍由镍基单晶基体、热障涂层（TBC）以及复杂气冷结构组成。其中，热障涂层是一种有效的热防护手段，它在提高涡轮前温度和
航空动力 2021年5期2021-11-07
- 耐海洋环境腐蚀燃机热障涂层材料研究进展*
属基黏结层构成的热障防护涂层以保证其在严苛工况下的长时服役稳定性[2]。现阶段，20世纪80年代投入使用的由Y2O3稳定ZrO2陶瓷面层与MCrAlY（M=Ni、Co 等）黏结层组成的YSZ 热障防护涂层体系凭借其综合服役性能优异、工艺适配性强等优点，是目前应用最为广泛的高温热障防护涂层[3]。但是，随着新型船用动力技术的日益发展，船用燃气轮机的燃气入口温度日益提高。如英国Rolls-Royce 公司明星产品，广泛装备于美国、英国、韩国等国海军主力舰艇的M
航空制造技术 2021年13期2021-09-13
- 热障涂层热物性研究进展*
将变得至关重要。热障涂层（Thermal barrier coatings，TBCs）是一种具有良好热力性能的复合材料，其具有导热率低、抗热冲击及抗高温腐蚀的优良性能，这些性能使得该结构能够实现良好的隔热效果，降低基底材料的热流密度和工作温度。目前TBCs 已被广泛用于燃气轮机中高压导向叶片、涡轮转子叶片、喷嘴以及燃烧室腔体壁面等热端部件的高温防护上。热障涂层应用于燃气轮机热防护始于20 世纪50 年代，经过半个多世纪的发展，目前TBCs 已具有一些固定的
航空制造技术 2021年13期2021-09-13
- 热障涂层失效行为及其修复再制造研究进展
究人员研究发明了热障涂层（Thermal Barrier Coatings，简称TBCs）用以保护基体免受高温燃气损伤。热障涂层是通过一定工艺将耐高温陶瓷材料涂覆在基体上的保护层，其发展始于20世纪50年代，美国国家航空航天局率先提出了热障涂层的概念，并将CaO-ZrO/NiCr应用于火箭飞机的喷气管。随着热障涂层的不断发展，目前航空领域普遍使用的是6%~8%氧化钇稳定氧化锆。配合使用热障涂层与内部冷却技术，可以使合金表面温度降低100~300℃，使燃气轮
航空工程进展 2021年4期2021-08-30
- 带热障涂层单晶合金叶片模拟热冲击服役环境试验研究
105)1 引言热障涂层(TBC)是将耐高温、低导热、抗腐蚀的陶瓷材料以涂层的形式与基体合金相复合，以降低合金热端部件表面温度、提高基体合金抗高温氧化腐蚀性能的一种防护技术[1]。航空发动机中，热障涂层主要应用于高压涡轮导向叶片、涡轮工作叶片和燃烧室浮动壁瓦片等热端部件[2]。热障涂层的研究源于20世纪40年代末期，60年代美国航空航天局首先将热障涂层成功应用于火箭飞机的喷火管，70年代开始用于美国J75航空发动机的涡轮叶片[3-4]。自此，热障涂层技术成
燃气涡轮试验与研究 2021年2期2021-08-19
- 涡轮转子叶片热障涂层损伤失效的实时检测与分析
0 引言涡轮叶片热障涂层服役在高温、高速旋转、冲蚀、腐蚀等热力化载荷耦合的环境下[1,2]，依靠常规的拉伸、氧化、热力疲劳等实验方法难以准确研究其失效机制，传统的非接触式无损检测方法很难捕捉其在热应力、离心力、气动力等复杂载荷作用下的损伤演变信息。研制涡轮叶片热障涂层热力化耦合模拟测试装置，实现高速旋转热障涂层与燃气交互作用下湍流、热斑以及复杂应力场的模拟和检测，对分析工作叶片热障涂层的破坏机理与服役可靠性至关重要[3]。针对热障涂层的热冲击考核测试国内外
热喷涂技术 2021年4期2021-06-16
- 基于BP算法的热障涂层厚度反演研究
磨损等性能的防护热障涂层[1-6]，保护涡轮叶片免受高温热气体的伤害，提升航空发动机的寿命。当热障涂层在极其恶劣的高温环境下服役时，服役过程中的内部温差容易导致其失效，因此需要采用有效的测量方法对热障涂层厚度进行精确测量[7-11]。涡流法利用非接触式的测量方式快速、有效地提取表面涂层的信息，实现表面涂层厚度的测量。Thanh Long Cung[12]建立圆柱形线圈置于多层金属构件上的有限元模型，基于多频多参数涡流测量法对飞机蒙皮对缝间隙厚度进行了评估。
兵器装备工程学报 2021年4期2021-05-06
- 涡轮叶片热障涂层三维成像研究进展*
330063）热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）是先进航空发动机涡轮叶片高温防护关键技术[1]，由陶瓷隔热面层和金属黏结底层组成，具有典型的层状结构特征。热障涂层是美国NASA-Lewis 研究中心在20世纪50年代为了提高燃气涡轮叶片、火箭发动机的抗高温和耐腐蚀性能提出的。据报道，通过使用热障涂层技术，可使涡轮叶片基体温度降低100～300℃，寿命延长3～5倍，美国几乎所有的军用和商用航空发动机采用了热障涂层技术。热
航空制造技术 2021年4期2021-04-06
- 多尺度孔隙结构热障涂层高温服役导热演变模拟*
710032)热障涂层广泛应用于先进燃气轮机和航空发动机的热端部件，以提高发动机的效率和稳定性[1-3]。氧化锆因其低热导率而常被用作热障涂层材料。而氧化锆在高于950 ℃的温度下会发生相变，导致内应力增加，体积膨胀。从高的使用温度冷却到室温后，氧化锆涂层会形成较高的拉应力，经过多次高温冷却循环后，积累的内部拉应力将超过氧化锆的强度，最终涂层形成裂纹导致失效。因此通过在氧化锆中掺杂稳定剂的方式，如Y2O3、MgO、CeO2和CaO可以防止氧化锆在高温下发
西安工业大学学报 2021年6期2021-02-11
- 涡轮叶片热障涂层隔热效果的研究进展
已接近瓶颈。③ 热障涂层。1953年由美国国家航空航天局(NASA)提出在高温合金表面涂覆耐高温、高隔热陶瓷的防护涂层体系，有文献报道，涂覆厚度为250 μm的热障涂层能使基底温度降低110～170 ℃，相当于过去30年发展高温合金提高承温能力的总和[2, 3]。因此，热障涂层被认为是目前大幅度提升涡轮叶片服役温度最切实可行的办法。此外，热障涂层也被认为是提高下一代的陶瓷基复合材料基底(CMCs)服役温度和可靠性的必要技术[4]。美国工程院院士、哈佛大学C
中国材料进展 2020年10期2021-01-05
- 热障涂层性能检测技术发展现状
高效气冷技术以及热障涂层技术。热障涂层（Thermal Barrier Coatings，TBCs）是利用陶瓷材料低热导、耐高温、耐腐蚀等优越性能，将其以喷涂、沉积等多种方式附着于基体表面，从而提高基体材料的服役性能。发展热障涂层技术，对缩小我国航空发动机与世界先进水平间的技术差距、实现跨代发展具有举足轻重的战略意义，同时对能源、航空、航天等领域也都有重大促进作用。2 热障涂层性能检测技术研究意义对于热障涂层而言，涂层表面以及与基体界面性能的好坏直接决定构
新材料产业 2020年1期2020-05-11
- 燃气轮机热障涂层技术专利分析
01)0 引 言热障涂层（Thermal Barrier Coatings）是一种金属陶瓷复合的陶瓷基系统，通常用于燃气轮机的热端部件，对基底材料起到隔热作用，从而保护燃气轮机长期在高温环境下正常工作[1]。Pint等人[2-3]国外学者对燃气轮机热障涂层开展了大量研究，在热障涂层的性能、微观机理等方面取得了很多成果。北京航空航天大学、中科院金属研究所等[4-5]国内机构也对对热障涂层中氧化物的微观机理开展了深入的研究。在工业界，通用电气、联合技术公司、西
舰船科学技术 2020年1期2020-03-09
- 粘结层真空退火处理对热障涂层热循环寿命的影响研究
气膜冷却及高性能热障涂层可满足上述苛刻服役环境的需求。研究表明，在发动机涡轮转子叶片上涂覆热障涂层（TBC）可大大提高航空发动机的整体效率和叶片的服役性能[1-2]。现阶段，已服役的热障涂层体系大多由金属粘结层和部分氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）陶瓷层组成。陶瓷层面层主要起到隔热和抗腐蚀等作用，可通过大气等离子喷涂（APS）、等离子喷涂（PS）、电子束物理气相沉积（EB-PVD）等多种方法制备。从热障涂层技术的发展及工业应用效果来看，采用电子束物理气相沉积制
表面技术 2020年1期2020-02-27
- “热障涂层新材料、制备技术及性能评价”专题序言
为代价的，因此，热障涂层技术已成为国内外高性能航空发动机研制中必不可少的关键技术之一。热障涂层技术是将热导率低、耐高温氧化腐蚀的陶瓷材料以涂层的方式沉积到高温合金部件表面，达到降低工件表面工作温度的目的。研究表明，涡轮叶片使用温度每降低 15 ℃，其持久寿命提高 1倍；总降温 30～60 ℃能使涡轮部件的整体服役寿命提高 50%，同时消除了大的热机械疲劳损伤。热障涂层的应用能带来 100 ℃左右的降温，并且兼具优异的抗氧化能力，既可满足高性能涡轮发动机的使
装备环境工程 2019年1期2019-12-06
- PS-PVD热障涂层抗沙尘冲刷行为研究
650)0 引言热障涂层(简称TBCs)不仅能够提高航空发动机热端部件的服役温度，还能够防止高温合金基体过早发生高温氧化腐蚀[1,2]。但飞机在低空或沙漠地带飞行过程中，外界空气中往往悬浮着许多尘埃硬质小颗粒，它们进入发动机内后会在惯性力作用下偏离气体流道而撞向发动机叶片及热端部件表面涂层，对涂层造成冲刷作用[3-5]。此外发动机封严涂层磨损失效剥落的微小碎屑以及燃烧形成的碳颗粒卷进高速射流中对发动机热端部件表面涂层同样会造成很大高温冲刷作用[6,7]。在
热喷涂技术 2019年3期2019-11-14
- 航空发动机热障涂层的主要失效模式
机的性能和效率，热障涂层通常在燃气温度超过无涂层涡轮叶片耐温能力的环境下使用，涂层一旦失效，就会迅速导致构件的烧蚀和断裂。因此，研究热障涂层系统的失效模式及损伤机理，进而合理地评估涂层疲劳寿命，对发展热障涂层应用技术有重要意义。现代航空发动机要求涡轮叶片具有承受1340～1550℃甚至更高温度的能力，且必须在复杂的工作环境和整个服役期间保持足够的强度。目前，涡轮叶片普遍采用铸造镍基单晶高温合金，结合复杂冷却结构以及热障涂层（Thermal Barrier
航空动力 2019年3期2019-07-01
- 重型燃气轮机先进热障涂层研究进展
更高效率。其中，热障涂层材料（TBC）技术研究作为重型燃气轮机高温材料技术攻关的核心环节，是提升重型燃气轮机涡轮前温度、延长涡轮叶片使用寿命的有效手段。重型燃气轮机作为高效的热-功转换装置，广泛应用于民用发电领域。随着发电用重型燃气轮机技术的发展，以及环境对污染物排放的严格限制，重型燃气轮机正不断向高效率、大功率、低排放的方向发展[1]。效率和功率的提高、排放的降低势必需要提高涡轮进气温度（TIT），使得热端部件的设计对冷却效果的要求越来越高，由此导致了冷
航空动力 2019年2期2019-05-07
- 航空、航天科学技术
新一代超高温热障涂层研究郑蕾，郭洪波，郭磊，等摘要：热障涂层通常由陶瓷层和金属粘结层组成，用于降低高温燃气环境下发动机热端部件表面温度，在航空航天、能源、舰船等领域应用广泛。已获应用的热障涂层陶瓷层材料为氧化钇稳定氧化锆（YSZ），这种热障涂层可在1200℃以下温度长期工作。然而，在更高温度下，YSZ将发生相变失稳和加速烧结，导致涂层剥落失效。随着燃气涡轮发动机服役温度不断提升，迫切需要发展新型超高温热障涂层。综述介绍了热障涂层的研究背景、迫切性和功能，以
中国学术期刊文摘 2019年3期2019-01-27
- 氧化锆基陶瓷热障涂层的研究进展
片表面多使用陶瓷热障涂层(Thermal Barrier Coatings，简称TBCs)将喷气发动机的高温部件与高温燃气隔开，以改善高温部件的服役条件，一方面可以提高涡轮叶片的服役寿命，另一方面可以节约燃料。为了使陶瓷热障涂层与金属基体能够良好的结合以具有较佳的隔热性能，陶瓷热障涂层必须具备以下性能：①较低的热导率；②热膨胀系数与金属基体匹配；③高温下保持良好的相稳定性[1-2]。陶瓷热障涂层主要的制备技术有等离子喷涂、电子束物理气相沉积、激光熔覆、高速
航空工程进展 2018年4期2018-12-08
- 磨料水射流冲蚀热障涂层实验研究
涡轮叶片表面涂覆热障涂层，对提高叶片承温能力有非常直接的效果，且对短时间的超温有很好的缓解作用，可实现发动机大推重比要求[1-3]。但是，由于热障涂层不导电，给带涂层叶片的气膜冷却孔的电火花加工带来了难题。对此，一种可行的解决方法是：先用磨料水射流加工方法在热障涂层上冲蚀出盲孔，使金属基体裸露出来，再用常规的高速电火花小孔加工方法在金属基体上制孔，从而获得理想的高精度孔型。利用高压磨料水射流加工热障涂层已有研究报道。Hashish[4]采用139 MPa磨
电加工与模具 2018年4期2018-09-29
- 新型热障涂层陶瓷隔热层材料
问题。因此，采用热障涂层技术是目前提高燃气涡轮发动机高推重比和高热效率的唯一切实可行的有效途径。目前，美国、欧洲和我国等均已把热障涂层（thermal barrier coatings, TBCs）、高温结构材料和高效叶片冷却技术列为高性能航空发动机高压涡轮叶片制造技术的三大关键技术[2-4]。热障涂层是将耐高温、高隔热陶瓷材料与基体材料复合，以降低热端部件的表面温度和改善基体材料的抗高温氧化腐蚀为目的，进而显著提高发动机的推重比和热效率，延长热端部件在高
航空材料学报 2018年2期2018-04-08
- 传统等离子喷涂热障涂层的裂纹扩展行为
性有机结合起来的热障涂层(TBCs)成为确保高效燃机可靠运行的重要途径之一[1-2]。热障涂层是将导热系数较低的高熔点材料涂覆于高温构件表面起隔热作用的功能涂层。面层陶瓷层(典型成分为(7-8)wt%Y2O3-ZrO2，简称YSZ)脱落是热障涂层失效的主要形式，导致脱落的主要原因是陶瓷层内部裂纹的扩展及合并。因此，本文在介绍影响等离子喷涂热障涂层失效机制因素的基础上，详述了服役过程中热障涂层裂纹合并行为对其扩展行为的影响；分析了热障涂层剩余寿命随裂纹尺寸增
材料科学与工程学报 2018年1期2018-03-15
- 瞬态热载荷下热障涂层系统界面断裂研究
049)0 引言热障涂层技术是发动机高温热防护的三大核心关键技术之一[1-2]。典型的热障涂层系统由陶瓷层、粘结层、热生长氧化层和高温合金基底组成。同时，为大幅度降低高温叶片温度，提高发动机的推重比及燃烧效率，通常会在叶片内部冷却孔施加冷却气流，在叶片外表面形成冷却气膜。在服役过程中，由于热障涂层系统的复杂结构和各层材料热、力、化学性能的巨大差异，导致热障涂层内易诱发界面裂纹的萌生、扩展乃至涂层脱粘失效。高温叶片在服役过程中受到瞬态热载荷作用，这对热障涂层
固体火箭技术 2017年6期2018-01-11
- 稀土钽酸盐陶瓷热障涂层的研究进展
地稀土钽酸盐陶瓷热障涂层的研究进展陈琳，汪俊，冯晶(昆明理工大学材料科学与工程学院，云南 昆明 650032)热障涂层材料是高效燃气轮机稳定工作最重要的材料之一。在燃气轮机使用中不仅能达到抗腐蚀、提高工作温度的目的，还可以减少燃油消耗，延长发动机使用寿命等。目前广泛使用的热障涂层材料是氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，其具有一定局限性，在高温下YSZ发生相变体积变化致使涂层失效，因此使用温度在1200 ℃以下，发展新型热障涂层材料势在必行。现有的其他类型热障涂层
中国材料进展 2017年12期2018-01-05
- 表面处理对热障涂层界面微结构的影响*
的温度缺口，采用热障涂层技术是目前大幅度提高航空发动机工作温度的切实可行的方法[2-4]。热障涂层是国外先进航空发动机广泛应用的一种高温防护涂层，不但能够提高叶片的使用工作温度，而且还能进一步提高叶片在高温服役过程中抗氧化和耐腐蚀等性能[5]。典型的热障涂层主要包括陶瓷面层（Top Coat，TC）和金属粘结层（Bond Coat，BC）。在高温环境下，金属粘结层中的Al向外扩散，在陶瓷层和金属粘结层之间形成一层致密的Al2O3氧化物，即热生长氧化层（Th
航空制造技术 2017年8期2017-05-16
- 航空发动机涡轮叶片热障涂层应用的关键技术和问题
面无一例外地施加热障涂层[2-5]。热障涂层一般由抗氧化腐蚀性能良好的金属粘结底层和导热系数较低的陶瓷面层组成，具有降低叶片表面温度、提高叶片抗高温氧化腐蚀能力、延长服役寿命、降低发动机油耗等优点，是与先进高温结构材料技术、高效冷却技术并重的涡轮叶片3大关键技术之一[6-8]。热障涂层的制备可以通过多种途径实现。但从热障涂层技术的发展历史及其应用来看，涂层的制备技术以大气等离子喷涂（APS）和电子束物理气相沉积（EB-PVD）两种为主[3]。不同方法制备的
航空制造技术 2017年15期2017-05-14
- 热障涂层的失效机制研究
610500)热障涂层的失效机制研究陈玉祥 江文(西南石油大学,四川 成都 610500)本文对热障涂层的失效机制的研究进展进行了综述，文中主要总结了热障涂层失效的几种形式，并对其寿命研究进行了展望。热障涂层;失效机制;热生长氧化物;热疲劳;涂层热障涂层是将具有耐高温、低导热、抗腐蚀优点的陶瓷材料与金属基底形成的复合涂层，其能够降低金属材料表面的温度，能够通过降低油耗来改善发动机的性能、还能提升复合金属基体材料的抗高温抗氧化腐蚀[1]。热障涂层主要包括三
化工管理 2017年25期2017-03-05
- 航空发动机涡轮叶片热障涂层冲蚀试验装置的研制
空发动机涡轮叶片热障涂层冲蚀试验装置的研制杨丽1，2，谭明1，2，周文峰1，2，周益春1，2（1.湘潭大学 材料科学与工程学院 装备用关键薄膜材料及应用湖南省国防科技重点实验室，湖南湘潭 411105；2.湘潭大学 材料科学与工程学院 低维材料及其应用技术教育部重点实验室，湖南湘潭 411105）目的 通过研制热障涂层冲蚀服役环境的模拟装置，来研究冲蚀失效机制。方法 通过研制模拟热障涂层高温热冲击的燃气喷枪，在喷枪中设计速度、流量可控的颗粒送料系统，同时在
装备环境工程 2016年3期2017-01-04
- 热障涂层氧化层厚度对残余应力的影响*
与动力工程学院)热障涂层氧化层厚度对残余应力的影响*陈宇慧**岳利文 张永海 戚俊清(郑州轻工业学院 能源与动力工程学院)对热障涂层氧化过程进行了详细的阐述，推算了氧化增厚动力曲线，采用ANSYS分别建立了不同氧化层厚度的热障涂层微观二维模型，氧化层界面形状简化为正弦形式。模拟了氧化层不同特征厚度时的应力变化，分析了不同氧化增长方向对各层残余应力的影响。结果表明：随着氧化层的增厚，粘结层波峰处σy增幅较大，易在氧化层和粘结层间发生分层。氧化层分别向TBC层
化工机械 2016年3期2016-12-25
- 自修复热障涂层与激光制备方法研究现状
0030）自修复热障涂层与激光制备方法研究现状魏 雷 童向阳 李 健（武汉材料保护研究所 特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室，湖北 武汉 430030）热障涂层是涡轮发动机制造的关键技术之一，在航空及能源动力领域有着十分重要的作用。经过半个世纪的研发，热障涂层技术已经取得了可喜的进展，但是仍然不能满足燃气涡轮发动机向大推力、高效率、低油耗和长寿命方向发展的要求。本文在介绍热障涂层技术发展历程与失效机理的基础上，阐述了自修复热障涂层的工作机理和研究现状
表面工程与再制造 2016年1期2016-12-20
- Y2O3-ZrO2热障涂层的热腐蚀行为
2O3-ZrO2热障涂层的热腐蚀行为周长海，王淑花，王建永(黑龙江科技大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150022)热障涂层在腐蚀性熔盐中易发生腐蚀，影响其使用的安全性。为此，研究Y2O3-ZrO2热障涂层在900 ℃下、不同比例Na2SO4/V2O5混合盐中腐蚀20 h的热腐蚀行为。利用扫描电镜观察热障涂层在不同熔盐中的腐蚀形貌。研究表明，在Na2SO4盐中，热障涂层未发生腐蚀，随着V2O5含量的增加，腐蚀产物由块状向棒状、束状变化；在V2O5盐中腐蚀
黑龙江科技大学学报 2016年3期2016-11-03
- 等离子喷涂ZrO2-8%Y2O3热障涂层的组织与性能研究
2-8%Y2O3热障涂层的组织与性能研究钟颖虹1陆辛1计亚平2冯泽舟3王林3冯艳玲3于浩3李飞31. 机械科学研究总院，北京，1000832.机械科学研究院浙江分院有限公司，杭州，3100033.浙江省金属材料表面改性和强化技术研究重点实验室，杭州，310003采用超音速火焰喷涂粘结层、大气等离子喷涂陶瓷层制备了双层结构的热障涂层。利用扫描电镜对热障涂层进行了微观组织结构分析，主要对涂层的热导率及隔热性能进行了试验研究。结果表明：陶瓷层与粘结层、粘结层与基
中国机械工程 2016年7期2016-08-16
- 8%Y2O3-ZrO2纳米结构热障涂层失效机理研究
ZrO2纳米结构热障涂层失效机理研究李任伟1，宫文彪2(1.东北电力大学工程训练教学中心，吉林 吉林 132012；2.长春工业大学先进材料重点实验室，吉林 长春 130012)采用大气等离子喷涂技术，在高温合金钢表面制备了纳米8%Y2O3- ZrO2热障涂层(YSZ)。跟踪涂层在900 ℃热震试验的失效过程，使用FESEM，XRD和EDS技术从失效涂层的微观结构，相的稳定性和涂层截面形貌进行分析。结果表明，YSZ涂层随热震次数的增加，陶瓷涂层晶粒明显长大
陶瓷学报 2016年6期2016-04-07
- 热障涂层失效机理与寿命预测研究方法
，618000)热障涂层失效机理与寿命预测研究方法艾松，刘维兵，赵仕志，杨勇(东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000)文章根据国内外文献，对热障涂层失效型式、失效机理研究方法、寿命预测方法进行了系统的研究。热障涂层失效机理研究方法主要有4种：微观结构研究方法、断裂力学研究方法、有限元研究方法以及热障涂层试验方法。这4种方法互有裨益，结合使用，更有利于提高研究分析的准确度。热障涂层寿命预测模型中较为成功运用并具有工程应用经验的主要有铝损耗模型、NASA模
东方汽轮机 2015年4期2015-01-13
- 热障涂层柴油发动机能量平衡的研究
热障涂层柴油发动机能量平衡的研究汽车整体能源的使用取决于两个因素，即车辆载荷和动力效率。前者取决于速度、加速度和关键车辆的特征，如质量；后者取决于内燃机的热力学效率，以及发动机和变速器摩擦。柴油机提供的燃料热能最终只有1/3转变为有用功率输出。理论上讲，如果可以减少散热，那么热效率将会得到提高。低散热发动机就是通过减少冷却液带走的热量来达到此目的。评估了汽车在不同载荷下能量平衡的4冲程陶瓷凃层双缸水冷柴油发动机。评估的结果表明：①热障陶瓷涂层使发动机水套中
汽车文摘 2014年7期2014-12-13
- 新型高温/超高温淋障涂层及制备技术研究进展
京 100191热障涂层（TBCs）是采用耐高温和低导热的陶瓷材料以涂层的方式与金属相复合，从而降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术。热障涂层应用于航空发动机高压涡轮叶片可以显著降低涡轮叶片合金表面温度，大幅度延长叶片工作寿命，提高发动机推力和效率。在先进航空发动机中，热障涂层技术被列为与高温结构材料、高效气冷并重的先进航空发动机涡轮叶片的3大关键技术。与其他数百种功能涂层相比较，热障涂层具有3个显著的特点：①结构最复杂，涂层存在金属/金属、金属/陶
航空学报 2014年10期2014-05-14
- 陶瓷热障涂层研究获进展
应用化学研究所在热障涂层的设计思路、失效机理以及新型热障涂层材料研发等方面取得新进展，设计并成功制备出使用温度≥1250℃的双陶瓷层热障涂层材料。长春应化所科研人员立足于稀土科技的国际前沿，开展了热障涂层的设计和失效机理研究，取得了一系列创新性科研成果。提出了将稀土应用于热障涂层材料并通过离子取代来改善材料性能的思想；深入研究了热障涂层新材料和结构，发明了以稀土为主的一系列新型高温热障涂层材料即稀土锆酸盐。在此基础上，研究人员设计了使用温度≥1250℃的双
化工管理 2014年4期2014-04-04
- 热障涂层中孤岛氧化物对界面残余应力的影响
300300）热障涂层中孤岛氧化物对界面残余应力的影响韩志勇，靖珍珠（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）使用ABAQUS有限元分析软件研究热障涂层热循环过程中孤岛氧化物对涂层界面残余应力的影响。选取正弦和平面形貌作为涂层的典型界面特征。结果表明，氧化物位于波峰处对涂层界面残余应力的影响大于位于波谷处对界面的影响。孤岛氧化物距离TGO/BC界面越近，对界面残余应力影响越大。孤岛氧化物半径越小对TGO/BC界面残余应力影响
中国民航大学学报 2014年4期2014-03-14
- 热传导对双陶瓷热障涂层隔热效果影响研究
)热传导对双陶瓷热障涂层隔热效果影响研究周国栋，陈树海，黄继华，赵兴科，张 华(北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083)为了更好地设计双陶瓷热障涂层结构，考察在制备和服役过程中热导率的变化对隔热效果的影响，建立了双陶瓷热障涂层半透明数学模型，采用有限元ANSYS软件模拟了稳态隔热效果.结果表明：顶层陶瓷层的热导率增大降低了隔热效果，且随顶层厚度增加隔热效果降低幅度增大;第2层陶瓷层的热导率增大降低了隔热效果，且随顶层厚度增加隔热效果降低幅度减小;
材料科学与工艺 2012年2期2012-12-20
- 新一代超高温热障涂层研究
采用耐高温的陶瓷热障涂层是先进航空发动机迅速发展提出的迫切需求。推重比10一级航空发动机已采用了以氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)为陶瓷层的热障涂层，推重比12～15等更高一级航空发动机将设计采用工作温度更高的超高温热障涂层。在先进燃气涡轮发动机中，高温防护涂层与高温结构材料、高效冷却并重为涡轮叶片的三大关键科学技术。热障涂层(TBCs)是将耐高温、低导热、抗腐蚀的陶瓷材料以涂层的形式与基体合金相复合，以降低金属热端部件表面温度、提高基体合金抗高温氧化腐蚀性
航空材料学报 2012年6期2012-09-12
- 等离子喷涂热障涂层材料弹性模量与硬度的压痕测试分析
05）等离子喷涂热障涂层材料弹性模量与硬度的压痕测试分析毛卫国，陈 强，张 斌，万 杰（湘潭大学 材料与光电物理学院 低维材料及其应用技术教育部重点实验室，湖南 湘潭411105）采用纳米压痕法，研究了经高温热循环处理后的等离子喷涂热障涂层材料弹性模量和硬度的抛物线式演变规律，并采用Weibull统计分析方法对纳米压痕测试数据进行了处理和分析，提高了实验数据的可靠性。结果表明，经过高温热循环处理之后，不同位置处的热障涂层弹性模量和硬度都呈现出明显的各向异性
材料工程 2011年10期2011-10-30
- 亚燃冲压燃烧室隔热屏壁温试验研究
却设计尤为困难。热障涂层的使用能提高隔热屏的耐温能力，是冲压燃烧室冷却设计中所考虑的一个环节，但其隔热效果尚需试验验证。另外，燃油喷射方式不仅对冲压燃烧室的燃烧性能有影响，而且还对隔热屏的壁温分布有一定的影响。本文在某型可重复使用的二元亚燃冲压燃烧室上，试验研究了涂覆热障涂层和未涂覆热障涂层两组隔热屏的壁温分布情况，对比分析了热障涂层的隔热效果；同时，还试验研究了两种不同燃油喷射方式对二元亚燃冲压燃烧室隔热屏壁温的影响。2 亚燃冲压燃烧室结构简介某型亚燃冲
燃气涡轮试验与研究 2011年2期2011-05-07
- 热障涂层在航空发动机涡轮叶片上的应用研究
燃气流道表面喷涂热障涂层，对提高叶片承温能力有非常直接的效果，并对短时间的超温有很好的缓解作用。国外热障涂层在军、民航空发动机上已获广泛应用，据资料介绍，可取得50～150℃的隔热效果。涡轮叶片工作温度一般都接近其材料的许用温度，此时如果涡轮叶片每降低15℃，其持久寿命约延长1倍。在结构和冷却效果不变的条件下，采用热障涂层技术可以使叶片寿命延长约3～5倍；在保持零件寿命不变的条件下，减少冷却空气用量约20%～30%。从而大幅度提高性能、降低耗油率。因此，从
航空发动机 2011年2期2011-04-27
- 涡轮叶片等离子涂层应力分析＊
所不能满足的，而热障涂层的应用在很大程度上延伸了高温合金使用的温度范围［1］。热障涂层作为一种有效的热防护技术，以其使用方便、效果显著而受到越来越多的重视。从热障涂层出现到现在其制造工艺日趋完善，已逐步由实验室研究阶段进入到使用阶段，目前，热障涂层被广泛的应用于航空发动机和能源工业中，尤其是在航空发动机的涡轮叶片中普遍应用［2］。采用热障涂层技术，可以在保持原有设计的基础上减少用作叶片冷却的空气量，因此可以提高整个发动机的推力。1 有限元分析模型热障涂层系
弹箭与制导学报 2010年6期2010-12-07