航空航天应用如何使用热障涂层

热屏障涂层（TBCS）提供了航空发动机寿命和效率的大量改善的潜力。

TBC通常通过许多不同的方法沉积，但是电子束物理气相沉积（EB-PVD）优选用于高性能应用。本文概述了利用EB-PVD技术在航空航天应用中的益处。

用于航空航天部件的热阻涂层

高压燃气涡轮中使用的静叶和动叶代表了世界上负载最高的工程部件^1。燃气轮机在正常运行条件下每分钟达到数万次转数。

每个刀片受到巨大的力，从加压气流中提取大量能量。放置在这些组件上的极高的机械需求意味着只考虑高温Ni的“超合金”用于金属组分。

通过定义，镍高温合金可以以高百分比的熔融温度操作。²在结构上，航空航天应用中使用的镍基超合金代表了一些可用的一些最强大的材料，能够抵抗腐蚀，并在高温下承受极高的负载。亚博网站下载

在现代燃气轮机中发现的高温气体温度可能接近镍基合金的熔点，然而，在显著增加热疲劳和氧化的同时，使部件处于长时间蠕变的风险。

热障涂层（TBCS）仍然是从热诱导的失效减轻基于Ni的超合金燃气轮机组分的风险最常见的方法。TBCS是一种高度专业化的涂层，能够防止部件达到极高的温度。

用于航空航天应用的TBC经常由厚度为100μm至2mm的氧化钇稳定的氧化锆陶瓷层。在陶瓷和下面的合金之间沉积一层金属粘合涂层（通常是McRaly型合金），以帮助保护基材免受腐蚀和氧化，同时将陶瓷粘合到该组分中。

yttria /氧化锆陶瓷提供极低的导热系数，使它们能够保持相当大的温度梯度;例如，在燃气涡轮机中的基于Ni的超合金翼型的表面之间和围绕其的加热气体之间。

由于它们在保护潜在的基于Ni的超合金暴露于高温和氧化方面，TBCS在延伸燃气涡轮机成分的寿命方面是有乐器。

对越来越高的推力比率的需求需要开发具有更高工作流体温度的涡轮机。因此，一些现代发动机的气体温度可能超过数百摄氏度的Ni基超合金（从它们的部件）的熔点。

热力学状态的定律最终，每个组件都会达到其周围环境的热平衡，即使这涂有高性能绝缘体。这是一个主要问题，涡轮叶片在由超过其熔点的气体围绕的操作。

tbc的使用可以由部件内部的冷却风道补充，以防止这些风道在连续运行期间与涡轮机内的加热气体达到热平衡。这种冷却将增加热梯度和热冲击，然而，增加应变的tbc。

高性能TBCS是唯一能够满足持续和越来越多的需求的解决方案，适用于适合于工作更高的温度的强大的高效发动机。这些TBCS确保了转子部件的耐用性，延长寿命和较低的质量。

电子束物理气相沉积

可以使用几种方法来生产热障涂层；例如，高速氧燃料(HVOF)、等离子喷涂、激光化学气相沉积和电子束物理气相沉积(EB-PVD)。

EB-PVD特别为TBC提供了许多优点。此方法可确保更长的寿命，使其成为高性能应用的首选选择。

EB-PVD是一种物理气相沉积工艺，其从涂料的锭料中看到用于升华或蒸发原子的电子束。^3.光束的能量将被喷射的原子转化为气相相，在视线中的任何材料上形成涂层并沉积到薄的固体层中。

EB-PVD在生产TBC生产时的主要优点与所得涂层的性质有关，其与其他方法产生的特性不同。通过EB-PVD产生的TBC表现出柱状晶体微观结构，向材料传送伪塑性程度。^1,4

这种伪可塑性转化为改善剥落，应变和热冲击的耐受性，最终确保寿命值得注意。^5,6

通过EB-PVD产生的热阻挡涂层中的缺陷

通过生产TBC的质量EB-PVD将受到使用的铸锭质量的显着影响。^7,8铸锭中的变化或不一致可能导致有问题的涂层厚度偏差，称为“吐痰和凹坑”。

在从熔池中喷射的小液滴的情况下，唾液出现，最终留在铸锭上。Pits是由这些液滴形成的空隙。这些缺陷导致不一致的涂层，经常引起大量修复成本。

在广泛的咨询围绕客户的挑战后，圣戈伯恩开发了岩浆锭。这些高性能锭非常适合EB-PVD工艺。它们可以最大限度地减少汽化稳定的爆发，导致坑和唾液减少30-50％。

岩浆锭表现出极其均匀的形态和化学，确保一致的涂层结构和厚度。

Saint Gobain的Magma锭在一系列配方和尺寸上提供，以适应任何应用需求。

参考文献

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