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我國航空發動機封嚴涂層與葉片研究獲得重要進展

2018-01-26 09:27:40 作者：本網整理來源：涂界分享至：

涂界記者1月13日獲悉，中國科學院金屬研究所專用材料與器件研究部團隊對航空發動機封嚴涂層與葉片的研究獲得重要進展。

封嚴涂層廣泛應用于航空發動機風扇、壓氣機和渦輪中，起到保護轉動部件，減小間隙和提高效率的作用。以一臺典型的渦扇發動機為例：高壓渦輪與機匣間隙每減少0.254 mm，渦輪效率提高約1%；壓氣機的徑向間隙每增加 0.076 mm，單位耗油率增加約1%。

由于應用工況的特殊性：高速（百米/秒）、高溫（1000°C）和斷續刮擦，而長期以來封嚴涂層與葉片這一摩擦副的摩擦學行為缺乏系統的研究，導致實際應用中出現葉片磨損、涂層材料粘附葉片等嚴重威脅發動機運行安全的問題；封嚴涂層的設計、制備和應用也缺乏必要的理論指導和數據支撐，國內多以照搬國外為主，經常出現水土不服的問題。

金屬所專用材料與器件研究部的空間熱控器件與材料摩擦學課題組在國內率先開展這方面的研究，自主設計建造了國內首臺模擬封嚴涂層與葉片極端工況下摩擦磨損行為的試驗機，后期又陸續研發了升級版的二代、三代試驗機，并開展了大量研究。

近期，段德莉研究員、薛偉海博士、高禩洋博士等人研究發現Al-hBN涂層向葉片的粘附轉移與應用工況條件密切相關，低單次切入量和高線速度時粘附最為嚴重。通過對葉尖上涂層粘附層與原始涂層的對比表征分析，發現高速刮擦時強烈的摩擦熱導致涂層中金屬相Al發生熔融，在刮擦作用下向葉尖粘附是材料轉移的機理。進一步對CuAl-Nig涂層與GH4169葉片摩擦副的研究復現了發動機實際服役中常見的葉片剪切唇現象，發現高線速度和低進給率時葉片磨損最為嚴重，剪切唇體積最大。通過對葉片剪切唇的組織演化表征研究，基于高速斷續刮擦的特點，聯系高速摩擦熱在摩擦副雙方的分配與傳導，提出了剪切唇的形成機理。