航空發(fā)動(dòng)機到底用到了多少種涂層？
涂層技術(shù)(Coating Technology)在當今航空發(fā)動(dòng)機中已經(jīng)獲得了廣泛應用，主要用來(lái)延長(cháng)發(fā)動(dòng)機零部件的使用壽命，在很長(cháng)一段時(shí)間里，國內對涂層技術(shù)是存在質(zhì)疑的。一方面是對涂層的功能性吃不透，設計有偏差；另一方面，涂層的關(guān)鍵性能不達標，起不到功能性作用。因此，涂層通常被戲稱(chēng)為“一件可穿可不穿的衣服”(還不如裸奔來(lái)的實(shí)在)。
然而，歐美無(wú)論是軍用還是民用航空發(fā)動(dòng)機動(dòng)輒幾千小時(shí)、甚至上萬(wàn)小時(shí)的首次翻修壽命已經(jīng)告訴我們，涂層在這之中發(fā)揮了不可取代的作用。那么，就讓我們來(lái)看看航空發(fā)動(dòng)機到底用到了哪些涂層吧~
最“脆弱”的涂層——易磨涂層
易磨涂層(Abradable Coating)，是發(fā)動(dòng)機葉尖封嚴系統的一部分，也叫“封嚴涂層”。通常應用于機匣零件中的跑道面，主要作用是減少葉尖碰磨損傷。由于易磨涂層需要跟葉尖進(jìn)行對磨，為了保護葉尖，易磨涂層一般硬度小，結合力差，從而能夠保證葉尖在大服役狀態(tài)碰上時(shí)，能夠有效地刮削涂層。
最“堅硬”的涂層——耐磨涂層
既然有“玻璃心”涂層，那肯定也有“勇敢的心”——耐磨涂層(Wear Resistant Coating)，主要應用于需要防止摩擦磨損以及沖擊磨損的發(fā)動(dòng)機零部件，例如軸類(lèi)零件、W封嚴環(huán)以及低渦葉片緣板的配合面。當然，在蜂窩封嚴系統中，也存在著(zhù)耐磨涂層，用來(lái)防止篦齒的齒尖發(fā)生磨損。還有一種耐磨涂層，多用于軍用航空發(fā)動(dòng)機的壓氣機葉片，用來(lái)面對惡劣環(huán)境下的抗沖蝕磨損。
耐磨涂層的材料種類(lèi)也是多種多樣的，軸類(lèi)零件多采用WC-Co涂層，封嚴環(huán)以及緣板配合面采用CoMoCrSi涂層，篦齒采用Al2O3-SiO2涂層，而抗沖蝕多采用TiN涂層。工藝上，TiN涂層采用物理氣相沉積(PVD)工藝，其他耐磨涂層多采用等離子或者超音速?lài)娡抗に?。當然，對于CoMoCrSi涂層現階段多采用堆焊工藝。
最“耐熱”的涂層——熱障涂層
熱障涂層(Thermal Barrier Coating)大概是近十年來(lái)研究最火熱的航發(fā)涂層種類(lèi)了，應用于航空發(fā)動(dòng)機的熱端零部件，主要面向燃燒室以及高壓渦輪。其作用就是降低零件表面溫度，從而使零件維持高溫下應有的力學(xué)性能。熱障涂層由粘結層和面層構成，粘結層的作用主要是防止零件基體氧化和腐蝕，而面層的主要作用在于提供隔熱效果。因此，在低壓渦輪葉片上，粘結層也可以單獨使用，從而只提供抗氧化腐蝕性能。
粘結層有熱噴涂類(lèi)的MCrAlX以及擴散類(lèi)的NiAl/NiPtAl類(lèi)型，而面層現如今依舊多采用8YSZ(8%Y2O3 stabilised ZrO2)材料，工藝針對不同零件分為等離子噴涂和電子束物理氣相沉積。
隨著(zhù)陶瓷復合材料(CMC)在航空發(fā)動(dòng)機中得到越來(lái)越多的應用，環(huán)境障涂層(Environmental Barrier Coating，EBC)將會(huì )取代一部分熱障涂層，成為另一種在熱端部件使用的高端涂層技術(shù)。
最“抗冷”的涂層——防冰涂層
沒(méi)錯，發(fā)動(dòng)機既要耐熱也需要抗冷，畢竟由于結冰而導致的航空事故也不在少數。當然，現有的設計水平已經(jīng)可以從根本上解決一些發(fā)動(dòng)機結冰的問(wèn)題，但在一些特殊領(lǐng)域，防冰涂層依舊存在用武之地。
防冰涂層在原理上可分為兩類(lèi)，一種是Anti-icing Coating，另一種是De-icing Coating。如果強行解釋的話(huà)，Anti-icing的功能是防止結冰(不讓水汽在零件表面凝結)，De-icing的作用則是使結冰層快速脫落，兩者通過(guò)噴涂的方式實(shí)現，主要用在進(jìn)氣錐等發(fā)動(dòng)前端部位，當然，更多的在飛機機身領(lǐng)域進(jìn)行應用。
最“特殊”的涂層——CBC/RBC
最后，航空發(fā)動(dòng)機中還存在著(zhù)一些特殊的“涂層”，Coke Barrier Coating(CBC，抗結焦涂層)和Radiation Barrier Coating(RBC，抗輻射涂層)是兩種僅用在燃燒室噴嘴的涂層技術(shù)。
在僅有直徑不到1mm的輸油管路中，采用了抗結焦涂層，主要作用是防止燃油在高溫下碳化，凝結在管壁中，最終造成輸油管路堵塞。而抗輻射涂層則存在于噴嘴的干腔中，用來(lái)降低由于輻射帶來(lái)的溫度升高。無(wú)論是CBC還是RBC，其組分多采用貴金屬Pt。但是，要在狹長(cháng)的輸油管內壁進(jìn)行涂層制備，則是一項比較難以實(shí)現的工藝，咱們國內現今還沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)儲備。
以上，我們只講了后綴為“Coating”的技術(shù)，至于，潤滑類(lèi)涂層(Film Lubricant)、噴漆(Painting)、滲碳滲氮(Carburisation，Nitriding)、陽(yáng)極化(Anodising)、電鍍(Plating)這些跟涂層或多或少都有點(diǎn)關(guān)系的技術(shù)，咱們以后再聊。