等离子喷涂技术在发动机生产中的应用 -课件

1、表面处理技术在航空发动机中的应用航空发动机航空发动机（aero-engine），是为航空器提供推动力或支持力的装置，是航空器的心脏。自从飞机问世以来的几十年中，发动机得到了迅速的发展，从早期的低速飞机上使用的活塞式发动机，到可以推动飞机以超音速飞行的喷气式发动机，航空发动机已经形成了一个种类繁多，用途各不相同的大家族。 从发展历程来说，航空发动机经历了两个显著的发展时期，即：活塞式发动机时期和燃气涡轮发动机时期。航空发动机燃气涡轮机主要由压缩机（compressor）、燃烧室（combustion chamber）、涡轮（turbine）等部分构成。新鲜空气由进气道进入燃气轮机后，首先由压缩机

2、加压成高压气体，接着由喷油嘴喷出燃油与空气混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体，然后进入涡轮段推动涡轮，将热能转换成机械能输出，最后的废气由排气管排出。视频航空发动机涡轮风扇发动机是在涡轮喷气发动机的的基础上增加了几级涡轮，并由这些涡轮带动一排或几排风扇，风扇后的气流分为两部分，一部分进入压气机（内涵道），另一部分则不经过燃烧，直接排到空气中（外涵道）。内外涵道的协同作用可以很好的解决热效率和推进效率之间的矛盾。航空发动机航空发动机的材料使用几乎覆盖了各种金属、非金属的最高级状态，是最尖端的钛合金、高温合金的最大用武之地。R-2800普惠公司生产的双排双黄蜂视频航空发动机发展趋势当今航空发动

3、机的主要发展方向是提高发动机涡轮前进口温度、增加推重比和提升涡轮发动机部件在包括腐蚀和氧化等严酷服役环境下的热效率。随着涡轮前进口温度、推重比和热效率的提高，发动机热端部件所经受的燃气温度和燃气压力不断提高。航空发动机发展趋势众所周知, 航空发动机高压涡轮叶片工况十分恶劣, 不仅受到高温、高速燃气流的冲刷, 还要承受巨大的离心力。实践证明, 燃气对叶片材料产生的高温氧化腐蚀将是引起叶片损伤的主要破坏形式之一，为提高涡轮叶片的寿命, 增强防高温氧化腐蚀能力, 需要在涡轮叶片表面涂覆一层保护涂层, 使叶片本体免于受到燃气侵蚀。航空发动机涂层保护种类先进的涂层方法主要包括：真空等离子喷涂；层流等离子

4、喷涂；超音速火焰喷涂；电子束物理气相沉积；化学气相沉积；真空离子溅射涂层等。航空发动机涂层保护种类磁控溅射镀膜：溅射速率高、被镀工件温升低、膜层附着力好。离子镀：离子镀的涂层与基体结合牢固，镀层均匀且致密，可镀材料广泛（合金，活泼金属等），涂覆层基本上不影响零件原有的表面粗糙度和机械性能。热喷涂技术在航空发动机中的应用按热源及材料分类用某种方式将涂层材料(粉末或丝材)熔化或半熔化，并以较高速度的燃流携带加速、喷射并牢固粘结在冷态的经过预处理的基体表面，形成所需性质连续的致密涂层视频热喷涂技术在航空发动机上的应用由于热喷涂技术的突出优点，在国外，各种喷涂技术在航空发动机上已获得广泛的应用。热喷涂

5、技术在航空发动机上的应用美国PW(普惠)公司自20世纪60年代以来。逐渐扩大了热喷涂的应用范围，诸如JT3D、JT8D、JT9D等发动机的关键零部件风扇叶片、压气机叶片、燃油喷嘴组件、燃烧室、涡轮叶片、导向叶片、轴颈、轴承座和空气封严圈等2800多个零件，用47种材料进行热喷涂，使JT3D发动机的大修期从4000h提高到16000h.热喷涂技术在航空发动机上的应用英国RR公司的斯贝(SPEY)发动机上有200多种零部件采用了热喷涂涂层；RB211发动机燃烧室衬套采用镍铬铝及氧化镁氧化锆热障涂层后，二次大修间的使用寿命1000h提高到40005000h。热喷涂技术在航空发动机上的应用以麦道航空的

6、道格拉斯Douglas DC-8发动机为例。需要进行喷涂喷涂的部位为。热喷涂技术在航空发动机上的应用HVAF喷涂HVAF喷涂的工作过程类似于航空发动机，压缩空气和煤油在燃烧室混合、(火花塞)点火烧，然后从喷管高速喷出，而粉末通过保护气体(如氮气)送人焰流中并在其中熔化或半熔化并获得速，最后从枪筒喷出，冲击待喷涂的基体表面形成密的涂层。由于HVAF喷涂中高速火焰的温度较低，氧含量低，与其他工艺相比，喷涂材料不易分解，得到的涂层呈现极少的氧化物和化学反应。燃烧电弧喷涂(ComARC)经电弧加热丝端形成液态金属，再由高温丙烷气燃烧产生的超声速焰流雾化，雾化其平均粒速比传统的电弧喷涂的粒速大好几倍。粒

7、子的小尺寸及高粒速均促使产生均匀致密的涂层。与HVOF比，CCmARC喷涂有较高的沉积效。ComARC喷涂也是电弧喷涂，因此该工艺的应用限于可导电的涂层材料，而不受其熔点高低的限制。世界航空发动机公司巨头美国通用电气公司（GE）普拉特惠特尼公司（P&W普惠公司）罗尔斯罗伊斯（R-R罗罗公司）/视频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/视频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视频热障涂层热障涂层（TBCs Thermal Barrier Coatings）是由导热性较差的陶瓷氧化物面层和起粘结作用的底层组成的防热系统。TBCs可以明显降低基材温度、硬度高、化学稳定性好，具有防止高温腐蚀、延长热端部件使用寿命、提高发动机功率和减少燃油消耗等优点。热障涂层1976年，在美国NASA刘易斯研究中心研制的MgO部分稳定的Zr02热障涂层在J75发动机上首次通过验证，随后成功用于该发动机的燃烧室，后来被称之为第一代航空用热障涂层。热障涂层20世纪80年代初，P&W公司成功地开发了第2代等离子喷涂热障层PWA264。PWA264涂层在JT9D发

14、动机涡轮叶片上成功应用之后，又陆续在PW2000、PW4000和V2500等发动机的涡轮叶片上得到试验验证和应用。20世纪80年代末，为了适应更高的温度要求，P&W公司又成功地开发了第3代涡轮叶片EB-PVD热障涂层PWA266。PWA266以其极好的耐久性、抗热剥落性能和耐热性，在JT9D和PW2000发动机上得到成功验证之后，于1989年首先应用到PW2000发动机涡轮叶片上，之后又应用至JT9D7R4、V2500、F100-PW-229和F119等发动机涡轮叶片上。热障涂层应用该涂层后，F119发动机高压涡轮工作叶片工作温度比未喷涂该涂层叶片的可提高150K左右。除此之外，P&W公司在J

15、T3D和JT38D发动机的风扇叶片、压气机叶片、燃烧室、涡轮叶片等处均用了热障涂层。同时，美国GEAE公司分别于上世纪80年代末和90年代初成功开发了APS和EBPVD热障涂层，并在CF6-50发动机的第2级涡轮导向叶片上，采用LPPS制备的MCrAlY粘结层和APS陶瓷层的热障涂层。热障涂层热障涂层在CF6-80发动机的第1级工作叶片上采用Pt-AI粘结层和EB-PVD陶瓷层的热障涂层，第2级涡轮导向叶片采用了APS制备MCrAIY粘结层和APS陶瓷层的热障涂层。热障涂层英国RR公司也逐渐将TBCs大量应用到军用和民用发动机上。Spey发动机有200多个零件使用了热障涂层，尤其是在第l-3级涡轮叶片叶冠上均使用了热障涂层，从而改善了叶片可靠性，提高了发动机效率。Spey热障涂层为提高发动机燃烧室可靠性，防止发生热变形进而产生裂纹，RR公司还在RB211发动机燃烧室衬套表面采用了APS氧化锆