航空發動機到底用到了多少種塗層？
塗層技術(Coating Technology)在當今航空發動機中(zhōng)已經獲得了廣泛應用，主要用來延長發動機零部件的使用壽命，在很長一(yī)段時間裏，國内對塗層技術是存在質疑的。一(yī)方面是對塗層的功能性吃不透，設計有偏差；另一(yī)方面，塗層的關鍵性能不達标，起不到功能性作用。因此，塗層通常被戲稱爲“一(yī)件可穿可不穿的衣服”(還不如裸奔來的實在)。
然而，歐美無論是軍用還是民用航空發動機動辄幾千小(xiǎo)時、甚至上萬小(xiǎo)時的首次翻修壽命已經告訴我(wǒ)們，塗層在這之中(zhōng)發揮了不可取代的作用。那麽，就讓我(wǒ)們來看看航空發動機到底用到了哪些塗層吧~
最“脆弱”的塗層——易磨塗層
易磨塗層(Abradable Coating)，是發動機葉尖封嚴系統的一(yī)部分(fēn)，也叫“封嚴塗層”。通常應用于機匣零件中(zhōng)的跑道面，主要作用是減少葉尖碰磨損傷。由于易磨塗層需要跟葉尖進行對磨，爲了保護葉尖，易磨塗層一(yī)般硬度小(xiǎo)，結合力差，從而能夠保證葉尖在大(dà)服役狀态碰上時，能夠有效地刮削塗層。
最“堅硬”的塗層——耐磨塗層
既然有“玻璃心”塗層，那肯定也有“勇敢的心”——耐磨塗層(Wear Resistant Coating)，主要應用于需要防止摩擦磨損以及沖擊磨損的發動機零部件，例如軸類零件、W封嚴環以及低渦葉片緣闆的配合面。當然，在蜂窩封嚴系統中(zhōng)，也存在着耐磨塗層，用來防止篦齒的齒尖發生(shēng)磨損。還有一(yī)種耐磨塗層，多用于軍用航空發動機的壓氣機葉片，用來面對惡劣環境下(xià)的抗沖蝕磨損。
耐磨塗層的材料種類也是多種多樣的，軸類零件多采用WC-Co塗層，封嚴環以及緣闆配合面采用CoMoCrSi塗層，篦齒采用Al2O3-SiO2塗層，而抗沖蝕多采用TiN塗層。工(gōng)藝上，TiN塗層采用物(wù)理氣相沉積(PVD)工(gōng)藝，其他耐磨塗層多采用等離(lí)子或者超音速噴塗工(gōng)藝。當然，對于CoMoCrSi塗層現階段多采用堆焊工(gōng)藝。
最“耐熱”的塗層——熱障塗層
熱障塗層(Thermal Barrier Coating)大(dà)概是近十年來研究最火(huǒ)熱的航發塗層種類了，應用于航空發動機的熱端零部件，主要面向燃燒室以及高壓渦輪。其作用就是降低零件表面溫度，從而使零件維持高溫下(xià)應有的力學性能。熱障塗層由粘結層和面層構成，粘結層的作用主要是防止零件基體(tǐ)氧化和腐蝕，而面層的主要作用在于提供隔熱效果。因此，在低壓渦輪葉片上，粘結層也可以單獨使用，從而隻提供抗氧化腐蝕性能。
粘結層有熱噴塗類的MCrAlX以及擴散類的NiAl/NiPtAl類型，而面層現如今依舊(jiù)多采用8YSZ(8%Y2O3 stabilised ZrO2)材料，工(gōng)藝針對不同零件分(fēn)爲等離(lí)子噴塗和電(diàn)子束物(wù)理氣相沉積。
随着陶瓷複合材料(CMC)在航空發動機中(zhōng)得到越來越多的應用，環境障塗層(Environmental Barrier Coating，EBC)将會取代一(yī)部分(fēn)熱障塗層，成爲另一(yī)種在熱端部件使用的高端塗層技術。
最“抗冷”的塗層——防冰塗層
沒錯，發動機既要耐熱也需要抗冷，畢竟由于結冰而導緻的航空事故也不在少數。當然，現有的設計水平已經可以從根本上解決一(yī)些發動機結冰的問題，但在一(yī)些特殊領域，防冰塗層依舊(jiù)存在用武之地。
防冰塗層在原理上可分(fēn)爲兩類，一(yī)種是Anti-icing Coating，另一(yī)種是De-icing Coating。如果強行解釋的話(huà)，Anti-icing的功能是防止結冰(不讓水汽在零件表面凝結)，De-icing的作用則是使結冰層快速脫落，兩者通過噴塗的方式實現，主要用在進氣錐等發動前端部位，當然，更多的在飛機機身領域進行應用。
最“特殊”的塗層——CBC/RBC
最後，航空發動機中(zhōng)還存在着一(yī)些特殊的“塗層”，Coke Barrier Coating(CBC，抗結焦塗層)和Radiation Barrier Coating(RBC，抗輻射塗層)是兩種僅用在燃燒室噴嘴的塗層技術。
在僅有直徑不到1mm的輸油管路中(zhōng)，采用了抗結焦塗層，主要作用是防止燃油在高溫下(xià)碳化，凝結在管壁中(zhōng)，最終造成輸油管路堵塞。而抗輻射塗層則存在于噴嘴的幹腔中(zhōng)，用來降低由于輻射帶來的溫度升高。無論是CBC還是RBC，其組分(fēn)多采用貴金屬Pt。但是，要在狹長的輸油管内壁進行塗層制備，則是一(yī)項比較難以實現的工(gōng)藝，咱們國内現今還沒有相關的技術儲備。
以上，我(wǒ)們隻講了後綴爲“Coating”的技術，至于，潤滑類塗層(Film Lubricant)、噴漆(Painting)、滲碳滲氮(Carburisation，Nitriding)、陽極化(Anodising)、電(diàn)鍍(Plating)這些跟塗層或多或少都有點關系的技術，咱們以後再聊。