16 / 2020-08-28 20:15:33

燃气轮机叶片叶尖强化涂层的研究

燃气轮机；叶尖强化涂层；阻燃；氧化；高速刮擦

       随着燃气轮机推重比和燃油效率的提高，需要发动机拥有良好的气路封闭性能。通常，在发动机运行期间，期望在转子叶片叶尖和相应的密封件之间保持较小径向间隙，以减少压缩气体的流失。目前,基于涂覆于机匣上的可磨耗封严涂层和涂覆于叶尖上的防护涂层的密封系统是改善此类问题的有效途径。关于涂覆在如机匣等静止部件上的可磨耗封严涂层的材料和制备工艺，研究人员已经建立了一个相对成熟的体系。然而，关于应用于叶片叶尖的强化涂层的报道较少，尤其是当叶片的服役温度超过800 ℃时。

      利用复合电沉积技术在钛合金叶片叶尖上成功制备出了Ni/cBN镀层和Ni/Si₃N₄镀层。并研究了其阻燃性能和高速刮擦性能。阻燃实验结果表明这两种涂层均可有效提高钛合金的阻燃性能，并且优异的阻燃性能主要得益于该类涂层独特的结构以及涂层材料的高热稳定性。高速刮擦实验结果表明，经过一段时间的有效切割后，裸露叶尖和Ni/cBN涂层均被不同程度的转移材料覆盖，而Ni/Si₃N₄涂层上未观察到明显的转移层。总的来说，两种强化涂层均可以有效抑制Al/hBN涂层的材料转移。并且，当与强化涂层刮擦时，Al/hBN涂层可表现出良好的可刮削性。

       此外，我们采用电镀、PVD和CVD这三种技术相结合的方式制备出一种适用于高温合金叶片的NiCrAlYSi+NiAl/cBN叶尖强化涂层。该强化涂层是由NiCrAlYSi层、β-NiAl层和cBN颗粒组成的。并且研究了该强化涂层的氧化、力学性能和热腐蚀性能。结果表明，在渗铝过程中，镀层与基体发生了元素间的互扩散，形成了互扩散区和二次反应区，并且其组成和结构随着氧化而发生变化。此外，在渗铝过程中还发现在cBN/金属涂层界面处形成AlN界面反应层，但该层在氧化过程中逐渐转变为多层氧化物。这些界面微观组织在氧化过程中的不断演变，导致了涂层-基体体系的断裂行为和弯曲韧性发生了较大的变化。热腐蚀结果表明，NaCl通过循环氯化/氧化反应加剧了腐蚀程度，并且cBN/金属镀层界面作为腐蚀介质的快速扩散通道也起到了至关重要的作用。