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摘要 在飞机发动机中采用气路封严技术可以有效的降低油耗，延长使用寿命，提高发动机效率。本文介绍了高温可磨耗封严涂层的研究进展，以及以多孔陶瓷陶瓷为基体的新型高温可磨耗封严涂层。关键词 高温；可磨耗封严；多孔陶瓷
A 文章编号 1674-6708（2012）80-0095-02
目前国内外都在从发动机的结构设计上考虑降低油耗，实践证明，封严涂层是一种较理想的解决办法，即把涂层涂覆在转子件和静子件上，当发动机工作时，动、静件之间产生干涉、磨擦、磨损一部分涂层，从而得到了发动机工作状态下的最小间隙。这样可提高发动机的工作效率，改善性能，节约能源，降低油耗，并使发动机的使用寿命提高。以航空发动机主流道中叶尖间隙的密封为例，国内外借助数值计算和实验研究分析的手段，分析了叶尖间隙对航空发动机的影响。漆文凯等人的研究指出，叶尖间隙与叶高之比每增加0.01，会引起压气机或涡轮效率降低约0.8%～1.2%；会使双转子涡轮风扇发动机的耗油率增加约2%。张晓波等人分析认为，在寿命周期费用（LCC）方面，减小高压涡轮叶尖间隙所得到的效益是低压涡轮的4倍，是高压压气机的2倍。Scott B.Lattime等人分析认为[3]，高压涡轮叶尖间隙每减少0.254mm，消耗率约降低1%，排气温度约减少10℃。
1 高温封严涂层材料种类
可磨耗封严涂层材料常见的种类非常多，其主要有金属材料和非金属材料复合组合在一块。其成分是大多数是粉体材料为主的产品，有少量的品种一部分是棒材。金属材料具有结构强度比较强、冲蚀性比较强，具有很好的可喷涂性性能。常见的有：镍、铜、铬、铝等及其合金。非金属材料的可磨耗性能比较强，有很好的自润滑性能，常见的有：聚苯酯、石墨、硅藻土、膨润土、六方氮化硼等。高温封严涂层材料主要有两种，一种是是以Ni基材料为骨架相制备的粉体材料，另一种是以氧化锆等陶瓷基材料为骨架相的粉体材料，用其制备的可控制孔隙率的陶瓷基涂层，耐温可达。2 高温封严涂层的研究与发展
国外封严涂层研究起步于上世纪五十年代，国内对高温封严涂层的研究开始于上世纪70年代，到目前也取得了一些进展。成发技术中心支树平等80年代与中国科学院化工冶金研究所联合研发了可用于1 000℃工作环境下的镍铬铝/硅藻土可磨涂层。北京矿冶研究总院采用热喷涂方法制备多孔MCrAlY高温可磨耗封严涂层。其粉末制备方法为将合金粉与造孔剂进行混合造粒，再进行真空烧结，获得冶金结合的多孔金属粉末材料。使用该粉末制备涂层无需后处理即可直接获得孔洞分布均匀且多为闭孔的封严涂层。镍基涂层的优点是具有较好的抗氧化性，钴基涂层的优点是耐热疲劳性能较好，NiCoCrAlY涂层兼顾两种涂层的性能优点，该涂层同时具有了很好的抗氧化性、耐热腐蚀性和优良的机械功能[4-5]。
北京航空航天大学郭洪波等人发明了一种制备BaLn2Ti3+xO10+y高温封严涂层的方法。在其涂层表面使用了层状钙钛矿结构的陶瓷粉末，比如BaLn2Ti4O12、BaLn2Ti3O10、BaPr2Ti3O10、BaSm2Ti
3.5O11等，制成的涂层是通过喷雾造粒和大气等离子相互的喷涂[6]。
武汉理工大学程旭东等人是用氧化钇部分稳定的氧化锆粉末为基相材料，填充材料是使用定量的h-BN、聚合物，进行喷雾造粒制成喷涂用团聚球形纳米氧化锆基复合粉，采用等离子喷涂工艺制得封严涂层。通用公司研制了一种高温封严涂层，其成分包括金属间化合物比如β-NiAl和适量聚苯酯，采用等离子喷涂方法来进行制作。该种涂层可以在温度超过900℃的地方使用，使用寿命可达到24 000h[7]。Sulzer Metco公司研制了一种高温可磨耗封严涂层，其成分是在CoNiCrAlY粉末中添加适量聚苯酯和固体润滑剂h-BN，使用等离子喷涂方法制备。该种涂层最高使用温度可达850℃，已成功得到实际应用[8]。
加拿大R.S.Lima等人采用大气等离子喷涂纳米结构钇稳定氧化锆封严涂层（Nanox S4007，Inframat公司），并将其与上述Sulzer Metco公司研制的CoNiCrAlY涂层比较，有较低的孔隙率和较高的硬度。在摩擦试验台实验的结果中，有较低的密封磨损和体积磨损，但是叶片磨损很高，如表1所示[9]。
Sulzer Metco公司研制了一系列陶瓷基封严涂层材料，在大气等离子喷涂条件下制备的涂层具有很优的抗氧化性和耐腐蚀性。
3 新一代高温封严涂层
可磨耗封严用多孔陶瓷涂层的热喷涂粉末材料是以氧化锆为基相材料，混合添加填充相制备的。再以这种粉末通过大气等离子喷涂制备涂层。稀土材料作为氧化锆稳定剂的研究较为深入。氧化钇稳定氧化锆涂层以其优异的性能已经大量应用于热障涂层以及国外的高温封严涂层的使用上。氧化镱、氧化镝等稳定的氧化锆系统的高温封严涂层性能优于氧化钇稳定氧化锆系统封严涂层。[10-11]。新型高温可磨耗封严涂层在满足发动机高温段气路封严需求的同时，还可以有效解决新一怎么发表动机部件中对高温隔热的需求。可磨耗封严用多孔陶瓷涂层具有耐高温、耐腐蚀、和低热导率等诸多优点，是近年来国内外封严涂层研究的重要方向，被一致认可为新一代高温封严涂层。
参考文献
漆文凯，陈伟.某型航空发动机高压涡轮叶尖间隙数值分析[J].南京航空航天大学学报，2003（1）：63-67.
张晓波，杨瑞，李其汉.航空发动机涡轮径向间隙设计方法研究[J].航空发动机，2004（2）：14-18.
[3]Scott B.Lattime，Bruce M.Steinetz.Tureine engine control systems： current practices and future directions.AIAA 202-3790，2002.
[4]于月光，任先京，等.一种热喷涂用多孔MCrAlY合金粉末的制备方法.中国专利.201110100221.9.
[5]刘建明，陈美英，任先京，章德铭，刘笑笑，杨永琦.合金元素在MCrAlY涂层中的作用[J].热喷涂技术，2010（4）：30-34.
[6]郭洪波.超高温BaLn2Ti3+xO10+y封严涂层材料及其制备方法[P].中国，200710120616.2.
[7]Chupp R E，Ghasripoor f，Turnquist Norman A. Advanced seals for industuial turbine applications： dynamic seal development.Journal of propulsion and power，2002（18）： 1260-1266.
[8]Sulzer Metco.Thermal spray materials guide. 2006： AP-3.
[9]R.S.Lima，B.R.Marple，Dadouche，et al.纳米结构封严涂层的高温应用.热喷涂技术，2006（9）.
[10]程旭东，高忠宝，李其连，肖巍，闵捷.高温封严涂层材料的基本性能研究与评价[J].表面技术，2008（4）.
[11]戴赫，汪礼敏，张佳萍，王璐，杨中元，张景怀，林锋.新型高温隔热可磨耗封严涂层研究及展望[J].材料导报，2008（7）.