燃气轮机透平叶片涂层技术.pdf

2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 1 燃气轮机透平叶片涂层技术 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 2 燃气轮机应用 发电 舰艇 航空器 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 3 世界世界上主要的航空发动机生产商上主要的航空发动机生产商 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 4 燃气轮机及其内部透平叶片燃气轮机及其内部透平叶片 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 5 燃气轮机及其内部透平叶片燃气轮机及其内部透平叶片 一级进气一级进气涡轮涡轮叶片叶片 低油耗 韧性好 抗外物损伤 耐腐蚀 不需要润滑油 无需维护 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 6 燃气轮机及其内部透平叶片燃气轮机及其内部透平叶片 二级压缩室叶片二级压缩室叶片 压缩比压缩比 10倍 最高热效率 低油耗低油耗 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 7 燃气轮机及其内部透平叶片燃气轮机及其内部透平叶片 三级高压燃气室叶片三级高压燃气室叶片 四四代航空设计代航空设计 效率高 空心冷却空心冷却 服役寿命长 单晶材料单晶材料 力学性能优越 耐耐腐蚀粘结层腐蚀粘结层 良好韧性和耐腐蚀性能 陶瓷涂层陶瓷涂层 隔热性能良好 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 8 燃气轮机及其内部透平叶片燃气轮机及其内部透平叶片 四级低压涡轮叶片四级低压涡轮叶片 钛铝合金 钛铝合金 重量轻 能耗低 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 9 燃气轮机及其内部透平叶片燃气轮机及其内部透平叶片 根据燃气轮机型号用途不同 每一级的叶片数量和材料也不一 样 其中高压燃气室工作条件恶劣 叶片由于腐蚀寿命短于其 疲劳寿命 使用一段时间后必须修复表面抗腐蚀涂层 保证叶 片的服役寿命 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 10 高压燃气室叶片高压燃气室叶片 高压燃气室叶片工作在温度最高 环境最恶劣的高压燃气室内 对材料要求严格 主要由单晶高温合金 粘结层和陶瓷层组成 为提高其使用温度 叶片还配有冷却系统 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 11 冷却系统 1000 1100 1400 1500 高温合金工作温度 空气冷却后叶片工作温度 高压燃气室温度 1700 1850 通过空心叶片冷却系统可以将叶片工作温度降低到1400 1500 而陶瓷隔热层可以进一步将其降低到高温合金允许的工作温 度1000 1100 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 12 叶片使用的涂层历史叶片使用的涂层历史 简单铝化物涂层 改性铝化物涂层 MCrAlY 涂层 热障涂层 1911 Van Aller Aluminde Coating Patent USA 1942 World War II Germany first used it in planes 1972 GE Platinum aluminide coating Patent USA MCrAlY Coating Thermal Barrier Coating 2014 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 13 简单铝化物涂层简单铝化物涂层 简单铝化物涂层利用化学气相 沉积 包埋法等方式高温下在 叶片表面渗铝 形成一层富含 铝元素的涂层 为叶片提供防 护 金属研究所表面工程部制备简 单铝化物涂层满足ASTM B875 96美国标准 并可根据用户需 求定制特殊涂层 金属研究所表面工程部制备简单 铝化物涂层 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 14 改性铝化物涂层改性铝化物涂层 改性铝化物涂层分为 铬改性铝化物涂层 硅改性铝化物涂层 钴改性铝化物涂层 铂改性铝化物涂层 稀土元素改性铝化物涂层等 其中铂改性铝化物涂层抗腐蚀 性能最为优良 是一种重型防 护涂层 表面工程研究部成功研制单相 铂铝涂层 具有较好的韧性 更加适应航空发动机的工作条 件 美国通用电气生产铂铝涂层 金属研究所表面工程部 制备铂铝涂层 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 15 MCrAlYMCrAlY涂层涂层 热障涂层热障涂层 金属研究所表面工程部制备 MCrAlY涂层 热障涂层 热障涂层 MCrAlY涂层 MCrAlY涂层和铂铝涂层既可以作为粘结层与顶层 热障涂层一起使用 也可以单独使用 提高叶片 使用温度 同时提高其耐腐蚀性能 金属研究所表面工程部EB PVD设备 用于制备生产热障涂层和MCrAlY涂 层 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 16 叶片涂层制备叶片涂层制备技术技术 CVDCVD Chemical Vapor Deposition 化学气象沉积 主要用于在叶片表面涂覆铝化 物涂层和改性铝化物涂层 优点 结合力优异 沉积速度快 可沉积叶片内腔 气相渗铝装置及粉末 部件摆放位置示 意图 表面工程部工业用大型CVD渗 铝炉 可以满足大部分部件渗 铝要求 2015 3 20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 17 叶片叶片涂层修复涂层修复技术技术 可修复铂铝和可修复铂铝和MCrAlYMCrAlY涂层涂层 利用电化学和化学气象沉积技 术 将使用后叶片表