航空发动机新型可磨耗封严涂层耐热蚀性能研究
发布时间：2022-05-08 17:33
航空工业的快速发展对航空发动机的性能提出了越来越高的要求。航空发动机的风扇、压气机等部位通过喷涂可磨耗封严涂层来减小机匣与叶尖之间间隙,减少气流径向损失,从而提高发动机的效率并降低油耗,是实现高性能的重要技术措施。可磨耗封严涂层首要要求具有可磨耗性,即保证在与叶片摩削时不损伤叶片叶尖。同时,在海洋大气环境服役的飞机,因为大量水汽和含NaCl液滴随气流沉积到涂层表面,封严涂层还要面临NaCl沉积盐溶液电化学与热腐蚀问题。随着飞机在高盐雾浓度热带海洋作业时间的增加,发动机内部多孔封严涂层中的NaCl固体含量会不断累积,特别是在高压压气机部位,其工作温度较高（500℃～750℃）,因低于NaCl的熔点,固体盐的累积效应特别突出。目前国内外针对航空发动机的腐蚀和涂层防护技术的研究,主要集中在“一低一高”两大部位,即低压压气机部位的盐雾电化学腐蚀和高压涡轮的高温含硫热腐蚀两方面。对高压压气机NaCl沉积盐热腐蚀问题研究手段不多,防护技术薄弱,封严涂层的腐蚀将影响航空发动机的安全运行。同时“硫化-氧化”和“酸-碱熔融”热腐蚀机制也不能用于解释NaCl沉积盐的热腐蚀过程。因此,研究可磨耗封严涂层的可...
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 可磨耗封严技术与涂层材料概述
2.1.1 航空发动机封严技术简介
2.1.2 可磨耗封严涂层性能要求
2.1.3 可磨耗封严涂层结构特征
2.1.4 可磨耗封严涂层粉体材料
2.1.5 可磨耗封严涂层粉体的制备方法
2.1.6 可磨耗封严涂层热喷涂工艺
2.2 可磨耗封严涂层研究内容和进展
2.2.1 封严涂层可磨耗性研究现状
2.2.2 高温可磨耗封严涂层研究进展
2.2.3 封严涂层海洋大气腐蚀研究现状
2.3 合金的热腐蚀
2.3.1 热腐蚀机制
2.3.2 NaCl沉积盐热腐蚀
2.3.3 热腐蚀实验方法
2.4 合金元素对Ni基合金氧化和腐蚀性能的影响
2.4.1 镍基耐蚀合金
2.4.2 Mo的作用
2.4.3 Al的作用
2.5 研究目的、内容及创新点
2.5.1 研究目的和内容
2.5.2 创新点
3 研究方案
3.1 技术路线
3.2 实验原料
3.2.1 粉体制备
3.2.2 涂层基体材料
3.2.3 封严涂层制备
3.2.4 多孔合金制备
3.3 实验分析及测试方法
3.3.1 粉体性能测试
3.3.2 涂层性能测试
3.3.3 抗氧化性测试
3.3.4 NaCl沉积盐热腐蚀测试
3.3.5 同步热分析
3.3.6 电化学测试
3.3.7 断裂韧性测试
3.3.8 材料的组织结构及物相分析
4 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN的制备及性能
4.1 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN粉体的制备及表征
4.2 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN封严涂层的组织与结构
4.3 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN封严涂层可磨耗性能
4.3.1 高速摩擦实验结果
4.3.2 磨损机制
4.4 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN封严涂层抗氧化性能
4.4.1 涂层的恒温氧化动力学曲线
4.4.2 氧化膜物相及形貌
4.5 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN封严涂层NaCl沉积盐热腐蚀行为
4.6 本章小结
5 水蒸汽和NaCl共同作用下材料的热腐蚀机理
5.1 Ni在不同环境中的热腐蚀行为
5.1.1 Ni的氧化动力学
5.1.2 Ni表面腐蚀产物及成分
5.2 Cr在不同环境中的热腐蚀行为
5.2.1 Cr的氧化动力学
5.2.2 Cr表面腐蚀产物及成分
5.3 NiCr合金在不同环境中的热腐蚀行为
5.3.1 NiCr合金的氧化动力学
5.3.2 NiCr合金表面腐蚀产物及成分
5.4 热腐蚀机理
5.4.1 热腐蚀过程尾气表征
5.4.2 同步热分析(TG-DSC)
5.4.3 腐蚀过程的热力学计算
5.4.4 沉积盐热腐蚀机理
5.5 本章小结
6 Mo对多孔NiCr合金氧化和腐蚀性能的影响
6.1 多孔NiCrMo合金制备及表征
6.1.1 多孔NiCrMo合金的制备
6.1.2 多孔NiCrMo合金的显微结构和物相
6.2 Mo含量对多孔合金高温氧化性能的影响
6.2.1 恒温氧化动力学曲线
6.2.2 氧化产物及形貌
6.3 Mo含量对多孔合金耐热腐蚀性能的影响
6.3.1 热腐蚀的氧化动力学曲线
6.3.2 腐蚀产物物相
6.3.3 腐蚀形貌
6.3.4 Mo对热腐蚀过程的影响
6.4 本章小结
7 Al含量对多孔NiCrMo合金氧化和腐蚀性能的影响
7.1 多孔NiCrMoAl合金制备及表征
7.1.1 多孔NiCrMoAl合金的制备
7.1.2 多孔NiCrMo合金的显微结构和物相
7.2 Al含量对多孔NiCrMo合金电化学性能的影响
7.3 Al含量对多孔NiCrMo合金耐热腐蚀性能的影响
7.3.1 热腐蚀的氧化动力学曲线
7.3.2 腐蚀产物物相
7.3.3 腐蚀形貌
7.4 本章小结
8 NiCrMoAl-BN粉体与涂层的制备及性能
8.1 NiCrMoAl-BN粉体的制备及表征
8.1.1 Al含量对粉体流动性能及松装密度的影响
8.1.2 固态合金化渗Mo工艺
8.1.3 NiCrMoAl-BN粉体的表征
8.2 等离子喷涂制备NiCrMoAl-BN封严涂层
8.3 NiCrMoAl-BN封严涂层耐盐雾腐蚀性能
8.4 NiCrMoAl-BN封严涂层的抗热腐蚀性能
8.5 本章小结
9 结论与展望
9.1 结论
9.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni-20Cr-18W高温合金的熔盐热腐蚀特征（英文）[J]. 张铁邦,董瑞峰,胡锐,寇宏超,李金山. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(11)
[2]Corrosion Resistance of Ti3Al/BN Abradable Seal Coating[J]. Feng Zhang,Hao Lan,Chuanbing Huang,Yang Zhou,Lingzhong Du,Weigang Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(06)
[3]刮擦线速度对TC4叶片与Ni-G封严涂层磨损行为的影响[J]. 薛伟海,高禩洋,段德莉,刘阳,李曙. 摩擦学学报. 2013(06)
[4]可磨耗封严涂层研究现状及发展趋势[J]. 高俊国,陆峰,郭孟秋,王长亮. 热喷涂技术. 2012(02)
[5]航空发动机上可磨耗封严涂层的应用及需求[J]. 王刚,滕佰秋,王志宏,李晓欣,刘臣. 热喷涂技术. 2012(01)
[6]哈氏合金的选用[J]. 张汝松,李志国,刘昌峰. 石油化工腐蚀与防护. 2012(01)
[7]喷砂预处理对HVOF喷涂TiAl-Nb/NiCrAl涂层结合强度的影响[J]. 张来启,张少杰,曾红杰,林均品,陈国良. 材料热处理学报. 2011(12)
[8]盐雾条件下NiCrAl涂层的耐腐蚀性研究[J]. 李垚,马彬,赵九蓬,魏庆元,苏柯. 稀有金属材料与工程. 2010(12)
[9]热喷涂粉末的制备技术[J]. 郭双全,冯云彪,葛昌纯,周张健. 材料导报. 2010(S2)
[10]可磨耗封严涂层性能评价技术研究进展[J]. 章德铭,任先京,腾佰秋,于月光,王刚. 热喷涂技术. 2009(02)
博士论文
[1]HVOF喷涂Co基合金涂层的制备及其高温氧化和磨损行为研究[D]. 吕艳红.钢铁研究总院 2017
[2]航空发动机高温固体润滑涂层材料的制备与性能研究[D]. 张甜甜.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017
硕士论文
[1]Ni-Cr-Mo及Ni-Mo系熔覆层的制备及其特性研究[D]. 李欣芷.华北电力大学(北京) 2014
[2]Ni-Cr-Al基合金热腐蚀及溶液腐蚀行为研究[D]. 韩朝.中南大学 2012
[3]Ni-Cr-Mo-Cu合金的耐蚀性能研究[D]. 吕学飞.兰州理工大学 2006
本文编号：3652080
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 可磨耗封严技术与涂层材料概述
2.1.1 航空发动机封严技术简介
2.1.2 可磨耗封严涂层性能要求
2.1.3 可磨耗封严涂层结构特征
2.1.4 可磨耗封严涂层粉体材料
2.1.5 可磨耗封严涂层粉体的制备方法
2.1.6 可磨耗封严涂层热喷涂工艺
2.2 可磨耗封严涂层研究内容和进展
2.2.1 封严涂层可磨耗性研究现状
2.2.2 高温可磨耗封严涂层研究进展
2.2.3 封严涂层海洋大气腐蚀研究现状
2.3 合金的热腐蚀
2.3.1 热腐蚀机制
2.3.2 NaCl沉积盐热腐蚀
2.3.3 热腐蚀实验方法
2.4 合金元素对Ni基合金氧化和腐蚀性能的影响
2.4.1 镍基耐蚀合金
2.4.2 Mo的作用
2.4.3 Al的作用
2.5 研究目的、内容及创新点
2.5.1 研究目的和内容
2.5.2 创新点
3 研究方案
3.1 技术路线
3.2 实验原料
3.2.1 粉体制备
3.2.2 涂层基体材料
3.2.3 封严涂层制备
3.2.4 多孔合金制备
3.3 实验分析及测试方法
3.3.1 粉体性能测试
3.3.2 涂层性能测试
3.3.3 抗氧化性测试
3.3.4 NaCl沉积盐热腐蚀测试
3.3.5 同步热分析
3.3.6 电化学测试
3.3.7 断裂韧性测试
3.3.8 材料的组织结构及物相分析
4 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN的制备及性能
4.1 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN粉体的制备及表征
4.2 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN封严涂层的组织与结构
4.3 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN封严涂层可磨耗性能
4.3.1 高速摩擦实验结果
4.3.2 磨损机制
4.4 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN封严涂层抗氧化性能
4.4.1 涂层的恒温氧化动力学曲线
4.4.2 氧化膜物相及形貌
4.5 NiCrAl-BN和CoCrAl-BN封严涂层NaCl沉积盐热腐蚀行为
4.6 本章小结
5 水蒸汽和NaCl共同作用下材料的热腐蚀机理
5.1 Ni在不同环境中的热腐蚀行为
5.1.1 Ni的氧化动力学
5.1.2 Ni表面腐蚀产物及成分
5.2 Cr在不同环境中的热腐蚀行为
5.2.1 Cr的氧化动力学
5.2.2 Cr表面腐蚀产物及成分
5.3 NiCr合金在不同环境中的热腐蚀行为
5.3.1 NiCr合金的氧化动力学
5.3.2 NiCr合金表面腐蚀产物及成分
5.4 热腐蚀机理
5.4.1 热腐蚀过程尾气表征
5.4.2 同步热分析(TG-DSC)
5.4.3 腐蚀过程的热力学计算
5.4.4 沉积盐热腐蚀机理
5.5 本章小结
6 Mo对多孔NiCr合金氧化和腐蚀性能的影响
6.1 多孔NiCrMo合金制备及表征
6.1.1 多孔NiCrMo合金的制备
6.1.2 多孔NiCrMo合金的显微结构和物相
6.2 Mo含量对多孔合金高温氧化性能的影响
6.2.1 恒温氧化动力学曲线
6.2.2 氧化产物及形貌
6.3 Mo含量对多孔合金耐热腐蚀性能的影响
6.3.1 热腐蚀的氧化动力学曲线
6.3.2 腐蚀产物物相
6.3.3 腐蚀形貌
6.3.4 Mo对热腐蚀过程的影响
6.4 本章小结
7 Al含量对多孔NiCrMo合金氧化和腐蚀性能的影响
7.1 多孔NiCrMoAl合金制备及表征
7.1.1 多孔NiCrMoAl合金的制备
7.1.2 多孔NiCrMo合金的显微结构和物相
7.2 Al含量对多孔NiCrMo合金电化学性能的影响
7.3 Al含量对多孔NiCrMo合金耐热腐蚀性能的影响
7.3.1 热腐蚀的氧化动力学曲线
7.3.2 腐蚀产物物相
7.3.3 腐蚀形貌
7.4 本章小结
8 NiCrMoAl-BN粉体与涂层的制备及性能
8.1 NiCrMoAl-BN粉体的制备及表征
8.1.1 Al含量对粉体流动性能及松装密度的影响
8.1.2 固态合金化渗Mo工艺
8.1.3 NiCrMoAl-BN粉体的表征
8.2 等离子喷涂制备NiCrMoAl-BN封严涂层
8.3 NiCrMoAl-BN封严涂层耐盐雾腐蚀性能
8.4 NiCrMoAl-BN封严涂层的抗热腐蚀性能
8.5 本章小结
9 结论与展望
9.1 结论
9.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni-20Cr-18W高温合金的熔盐热腐蚀特征（英文）[J]. 张铁邦,董瑞峰,胡锐,寇宏超,李金山. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(11)
[2]Corrosion Resistance of Ti3Al/BN Abradable Seal Coating[J]. Feng Zhang,Hao Lan,Chuanbing Huang,Yang Zhou,Lingzhong Du,Weigang Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(06)
[3]刮擦线速度对TC4叶片与Ni-G封严涂层磨损行为的影响[J]. 薛伟海,高禩洋,段德莉,刘阳,李曙. 摩擦学学报. 2013(06)
[4]可磨耗封严涂层研究现状及发展趋势[J]. 高俊国,陆峰,郭孟秋,王长亮. 热喷涂技术. 2012(02)
[5]航空发动机上可磨耗封严涂层的应用及需求[J]. 王刚,滕佰秋,王志宏,李晓欣,刘臣. 热喷涂技术. 2012(01)
[6]哈氏合金的选用[J]. 张汝松,李志国,刘昌峰. 石油化工腐蚀与防护. 2012(01)
[7]喷砂预处理对HVOF喷涂TiAl-Nb/NiCrAl涂层结合强度的影响[J]. 张来启,张少杰,曾红杰,林均品,陈国良. 材料热处理学报. 2011(12)
[8]盐雾条件下NiCrAl涂层的耐腐蚀性研究[J]. 李垚,马彬,赵九蓬,魏庆元,苏柯. 稀有金属材料与工程. 2010(12)
[9]热喷涂粉末的制备技术[J]. 郭双全,冯云彪,葛昌纯,周张健. 材料导报. 2010(S2)
[10]可磨耗封严涂层性能评价技术研究进展[J]. 章德铭,任先京,腾佰秋,于月光,王刚. 热喷涂技术. 2009(02)
博士论文
[1]HVOF喷涂Co基合金涂层的制备及其高温氧化和磨损行为研究[D]. 吕艳红.钢铁研究总院 2017
[2]航空发动机高温固体润滑涂层材料的制备与性能研究[D]. 张甜甜.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2017
硕士论文
[1]Ni-Cr-Mo及Ni-Mo系熔覆层的制备及其特性研究[D]. 李欣芷.华北电力大学(北京) 2014
[2]Ni-Cr-Al基合金热腐蚀及溶液腐蚀行为研究[D]. 韩朝.中南大学 2012
[3]Ni-Cr-Mo-Cu合金的耐蚀性能研究[D]. 吕学飞.兰州理工大学 2006
本文编号：3652080
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