可磨耗封严涂层及高温高速可磨耗性能评价技术

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可磨耗封严涂层及高温高速可磨耗性能评价技术航空发动机转、静部件之间的气路密封间隙是影响发动机效率和油耗的重要因素。采用可磨耗封严涂层可有效减小转、静部件之间的设计间隙，从而降低泄露量、提高发动机效率。矿冶集团是国内唯一具备封严涂层材料、涂层工艺和模拟工况涂层性能评价全链条研制条件与研究能力的单位，承担了近 50 种封严涂层材料的研制和生产任务，目前已初步建成了集系列封严涂层的材料研制、涂层制备和涂层性能检测评价于一体的科研体系，在封严涂层材料及涂层方面先后获得省部级等20项。

目录

技术原理、技术要点

（1）技术原理

1、高温高速可磨耗试验机

涂层可磨耗性能是发动机用封严涂层最重要的性能指标。矿冶集团经过多年的设计研制，突破了高温高速可磨耗试验机的设计和研制关键技术，在国内首次研制出叶尖线速度 450m/s、最高温度 1200℃、具备 1.5~3000μm/s 的 XY 双向进给能力的高温高速可磨耗试验机，可实现发动机环境下大尺寸涡轮盘高温超高速耦合条件下的涂层-叶片可磨耗试验。设备参数覆盖了航空发动机各部位工况，可在实验室中模拟出航空发动机转子叶片与可磨耗封严涂层的高温高速碰磨刮削工况，并可在精确控制参数下对涂层服役性能进行研究。

2、封严涂层模拟工况可磨耗性评价方法关键技术

矿冶集团在大量试验测试数据研究基础上，结合发动机考核结果，首次建立了以外观形貌、侵入深度比、磨屑成分和尺寸、涂层刮痕粗糙度为主要评价指标的封严涂层可磨耗性评价指标体系，创新设计了关键评价指标的阈值，制定了试验规范，并确立了叶尖磨损及粘附程度的归一化评价方法、高温高速可磨耗磨屑的多尺度定量评价方法和封严涂层磨痕粗糙度等评价方法。封严涂层高温高速可磨耗性评价方法已大量应用于航空、航天、电力等多个国家战略领域，服务于多种高性能涂层的研制，已为多种航空发动机封严涂层设计选材、性能验证等完成了高温高速可磨耗试验，实现了对可磨耗涂层-叶片、金属蜂窝-篦齿盘、可磨耗涂层-气封齿等多种对磨工况的模拟性能评价，为新型发动机设计、研制和排故提供了关键数据支撑。随着高温超高速可磨耗试验机及封严涂层可磨耗性评价方法的进一步拓展应用，将在新型航空发动机、燃气轮机等研究与应用领域产生更大的价值

矿冶集团通过引入最新涂层设计和制备技术，优化材料基涂层成分和结构，突破了长寿命高可靠性系列封严涂层材料优化设计、复合粉末材料颗粒包覆技术、异质组分均匀复合制粉技术、系列可磨耗涂层热喷涂工艺控制技术、高结合力低硬度高温可磨耗涂层调控技术等 20 余项关键技术，研制开发了系列化长寿命高可靠性封严涂层材料及涂层。所制备的铝硅聚苯酯、铝硅氮化硼、镍铬铝镍石墨、铜铝镍石墨和 MCrAlY/聚苯酯等新型可磨耗封严涂层可有效减少发动机机匣与叶片间的间隙，从而有效提高发动机效率、降低油耗、并起到保护叶片的作用，适用于温度范围覆盖-50℃~1200℃的发动机不同部位，并已在不同领域为多个重点型号航空发动机、燃气轮机研发及生产任务的完成做出了贡献，近年授权专利 50 余项，基本建成了具有自主知识产权的高温高速模拟发动机工况的可磨耗试验机等系统检测评价装备，形成了封严涂层可磨耗性全面评价标准，整体技术已达到国际领先水平。通过自有专利技术制备的封严涂层复合粉末产品生产与销售近百吨，已在国内多种航空发动机上得到了成功应用。