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封严涂层,作为改善机械旋转部件与固定部件之间的间隙,从而保证流体密封性以提高机械工作效率的手段,不但在飞机发动机、燃气轮机的压气机机匣与叶尖的间隙控制上起着关键作用,也应用于诸如离心式空压机、泵、涡轮增压、透平机械、蒸汽轮机等工业领域。由于工况各不相同,因此也诞生出了在硬度、工作温度、耐腐蚀性、耐冲蚀性等方面性能各异的封严涂层材料,比如镍石墨一般应用于500℃以下的工作环境且通过调整镍与石墨的成分比例可实现硬度的改变,而镍铬铝钇+氮化硼+聚酯粉末则更胜任高温耐腐蚀的环境要求。
封严涂层应具有较好的表面质量、优良的热稳定性和较小的摩擦系数,并且与基体材料之间的界面结合性能要比较好。研制封严涂层需要综合考虑涂层的各种性能,特别是涂层的磨损特性和耐冲击性能。目前采用的封严涂层主要有以下几类:有机涂层、热喷涂涂层,烧结金属粉末;耐温可1000℃的填充或不填充的薄壁蜂窝结构涂层;耐温可达1200℃的可控孔隙率陶瓷涂层。
封严涂层通常是成对出现的,即在压气机的静子部件的表面喷涂可磨耗的密封涂层,与叶片等动子尖端的硬质涂层形成一对可磨耗密封摩擦副。根据用途,可将封严涂层分为两大类,即可磨耗封严涂层和耐磨封严涂层。
可磨耗封严涂层是喷涂在与转动组件相配合的静子环带上的允许磨耗的软涂层。高速高温条件下,配副发生刮擦时封严材料必须先被刮削,封严涂层对转动部件没有损伤或只产生可容忍的损伤;封严涂层材料能准确配合或适应对摩副的形状,形成*小的工作间隙。
此外,可磨耗封严涂层还必须满足以下条件:具有良好的减摩性能以降低能耗;磨痕表面光滑平整以减小空气动力损失;因此,可磨耗封严涂层材料表层必须兼顾一定性能要求并取得一定平衡,目前采用复合涂层的设计和工艺来实现的。
可磨耗封严涂层的种类随着发动机工作温度的升高而不断发展,在中低温阶段,涂层基体通常为金属材料,如镍、铜、铬、铝等及其合金;目前,运用较为成熟的可磨耗封严涂层为铝基合金和镍基合金涂层体系,使用温度在1000℃以下,表3-1为常用的可磨耗封严涂层及其制备方法、适用温度和用途。
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