涂层技术课件(22页).pptVIP

EB-PVD 热障涂层截面形貌 * 先进航空发动机热防护涂层 发动机热端部件温度分布（ Rolls-Royce 900发动机） 燃烧室和高压涡轮： 温度最高、压力最大 一、研究背景 推重比 10 12～15 15~20 涡轮前温度： 1850～1950K 2000～2100K 2100~2200K 叶片表面温度：＞1400K ＞ 1500K ＞1600K 随着推重比增加，发动机叶片表面工作温度不断升高，对叶片合金材料提出更高要求。 一、研究背景 目前最先进的单晶高温合金的极限使用温度约为1150℃，低于高推重比航空发动机叶片要求的工作温度，而且已经接近高温合金的初熔温度。 高温材料的单一使用已经难以满足高推重发动机迅速发展提出的迫切要求! 一、研究背景 密封涂层 撞击涂层 磨蚀涂层 防护涂层 热障涂层 密封涂层 磨蚀涂层 防护涂层 高温防护涂层技术是燃气涡轮发动机叶片技术中与高效冷却技术、高温结构材料技术并重的三大主要技术之一。 一、研究背景 国外叶片试车前后的烧损状况 海洋气氛腐蚀环境工作2500h后的叶片，左：无涂层 ，右：涂层 一、研究背景 高温合金材料的温度发展史 一、研究背景 热障涂层(TBCs)：耐高温、低导热、抗腐蚀的陶瓷材料以涂层的方式与合金相复合，降低高温环境下工件表面工作温度的一种高温热防护技术。 50~120 K 高温防护涂层技术、高效冷却技术、高温结构材料技术并重为航空发动机涡轮叶片的三大关键技术。 涂覆了热障涂层的涡轮工作叶片 陶瓷隔热层 粘结层 高温合金 隔热效果 显著提高发动机推力：高温合金能承受更高的使用环境温度，提高涡轮前进口温度。工作温度提高14-15K，推力增加100kgf（总推力增加 1-2％）。 降低热端部件温度：大幅度提高发动机寿命（表面温度每降低14K，相当于提高工件寿命1倍）和可靠性。 降低气体冷却量，降低耗油量，节省燃料。 提高了热端部件耐冲刷、耐氧化腐蚀的能力，在航空航天、兵器、船舶、能源等多领域都具有广泛的应用价值。 热障涂层的作用 新一代跑车 大推力火箭 大型军用运输机 (美国C-17) 民航机 (Boeing 747) 美、俄等先进战斗机 热障涂层的应用 美国、俄罗斯等工业发达国家在先进战斗机、大型军用运输机、大型民机、地面燃机、舰载机等用发动机上采用了TBC技术，计划在所有航空发动机上采用TBC，TBC在航空航天、航海、能源、兵器等领域有着广泛的应用前景。近十年来，TBC应用的年增长率达到25％以上。在VAATE、IHEPET、UEET三大发动机计划中，TBC被列为重点发展技术之一。 热障涂层的应用 二、热障涂层先进制备技术 电子束物理气相沉积（EB-PVD） 等离子喷涂（PS，大气、低压、真空） 化学气相沉积（CVD） 离子镀（Ion deposition） 电弧蒸镀（Arc deposition） 磁控溅射（Sputtering） 电泳沉积（Electrophoretic deposition ） 热障涂层制备技术 2.1 电子束物理气相沉积 Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD) 大功率电子束物理气相沉积设备 电子束工作原理 电流加热电子枪阴极灯丝产生电子，电子束高速飞向正极的过程中，经加速极加速和电磁透镜聚焦，电子束功率加大，再经二次聚焦，形成高能量密度电子束。 电子束以极高速度冲击工件极小面积上，获得109W/cm2左右的能量密度，被冲击材料在几分之一微秒内温度升高到几千摄氏度，使局部材料瞬时熔化和气化。 电子束物理气相沉积工作原理（宾州大学） 陶瓷层：隔热 耐腐蚀、冲刷 金属层：抗高温氧化腐蚀 平衡热应力 陶瓷层 金属层 合金基体 扩散层 EB-PVD热障涂层微结构 *