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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：提高航空发动机性能的重要技术

一、封严涂层的原理

飞机发动机在工作过程中，转子与静子之间必须保留适当的间隙，以避免它们之间的摩擦损伤。然而，这个间隙会导致发动机效率的降低。为了解决这个问题，人们采取了制备封严涂层的方法来减小发动机转子和静子之间的径向间隙，从而提高发动机的可靠性和效率。

封严涂层的主要原理是填充转子和静子之间的间隙，从而减小气流泄漏，提高发动机的效率。封严涂层的材料通常是复合材料，包括金属相、非金属相和孔隙。在高温环境下，封严涂层可以保持稳定的化学和物理性质，从而保护发动机关键零部件。

二、封严涂层的材料

封严涂层的材料通常是复合材料，包括金属相、非金属相和孔隙。金属相通常是镍基合金或钴基合金，具有良好的高温强度和耐腐蚀性。非金属相通常是氧化物或碳化物，可以提高涂层的耐磨损性和高温稳定性。孔隙可以减小涂层的密度，从而降低涂层的热容量和热传导系数，提高涂层的热隔离性能。

新一代航空发动机中，封严涂层的使用温度范围为300-1200℃，*高可达1350℃。这对发动机关键零部件封严涂层的高温防护、封严、耐磨损等性能提出了新的要求。

三、封严涂层的应用

封严涂层广泛应用于航空发动机中，可以显著提高发动机的性能。封严涂层可以减小气流泄漏，提高发动机的效率，同时可以保护发动机关键零部件，延长发动机的使用寿命。

随着航空技术的不断发展，封严涂层的应用也将不断完善和优化。未来，封严涂层将更加注重材料的高温稳定性和耐磨损性，以满足航空发动机的高性能要求。

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。

耐磨封严涂层及喷涂在转子组件或静子配合部位，可促进配合部位的磨损，磨去对偶部分而保护自己，既保持了转子的平衡，又控制了间隙。常用的耐磨封严涂层及其制备工艺见表3-2.耐磨封严涂层大多为耐高温封严涂层。例如采用超音速火焰喷涂或者等离子喷涂工艺方法制备的Cr3C2-NiCr涂层可以在450℃~980℃氧化或者空气介质中，作为封严涂层使用，是运用*为广泛的金属/陶瓷复合材料。

制备方法：

封严涂层种类很多，但是基于封严涂层性能的要求，制备方法以热喷涂为主，等离子喷涂和超音速喷涂是常见的两种制备技术。热喷涂技术是表面防护和强化的技术之一，是表面工程中一门重要的学科。热喷涂是指利用某种热源，如电弧、等离子弧，燃烧火焰等。将粉末或丝状的金属或非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加高速气流雾化，并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。热喷涂法自二十世纪20年代初期研制并发展至今，不论在技术上还是在应用上都有了很大突破。

所有的热喷涂加工方法可分为三个主要工艺阶段:预处理阶段、喷涂阶段和喷涂后处理阶段，其加工工艺流程如图所示。

热喷涂特点如下:

(1)涂层容易施工，且厚度可调。

(2)涂层易于大修，可以用机加或其他方法除尽，然后，在同样的位置上喷涂。

(3) 多种封严涂层材料可供选择，可满足不同温度及不同发动机的需求;

(4)可提供良好的可磨耗性及气流冲蚀性;

(5)涂层可改变喷涂工艺方法及工艺参数来调整;

等离子喷涂

等离子喷涂是热喷涂中具发展潜力的方法之一，其原理示意图如下所示。等离子喷涂的原理是某种气体如氮、氩、氢或氦等通过压缩电弧时，会产生电离而形成中性的等离子体。等离子弧的能量集中，温度很高(其焰流的温度在10000℃以上)，可以将粉末材料雾化并喷涂在基体表面形成涂层。由于等离子温度达到20000K，能熔化所有的固体。所以一般的陶瓷和金属都能通过等离子喷涂形成涂层。

火焰喷涂

火焰喷涂是热喷涂方法中运用焦躁的一种喷涂方法，它以气体的燃烧为热源，将咸菜或粉末加热到熔融或塑性状态，在高速气流作用下将雾化的颗粒喷涂于工件表面，进而形成涂层。火焰喷涂具有设备简单、操作灵活、投资少、见效快的特点，可用于制备各种金属、陶瓷及塑料涂层，是目前国内常用的喷涂方法之一。

但是火焰喷涂制备的涂层具有明显的层状结构，含较多的氧化物和显微空洞，而且有变形不充分的颗粒，致使涂层本身致密度低，并且与基体结合强度差。

超声速火焰喷涂和爆咋喷涂

普通火焰存在很多缺陷:涂层的层状组织含有较多气孔和氧化物;涂层与基体结合不够致密;火焰温度一般为3000℃，只能用于对低熔点金属和陶瓷材料进行涂层制备。因此，在普通火焰喷涂的基础上，近年又发展出爆炸喷涂，超声速火焰喷涂等新技术。

爆炸喷涂技术是将燃气和助燃气按照一定比例进行混合后，送入燃烧室内，并由电火花点燃，然后利用气体爆炸的脉冲式能量，将被喷涂的粉末材料加热，加速轰击到工件表面形成涂层。气体燃烧和爆炸的结果是产生超声速高能气流，爆炸速度达到3000m/s，中心温度可达3450℃，粉末离子的飞行速度可达1200m/s。但是爆炸喷涂的噪声大，而且爆炸不连续的，因而喷涂效率低。