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  1. 北京金輪坤天特種機械有限公司

    BEIJING JINLUNKUNTIAN SPECIAL MACHINE CO.LTD.

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    電子束物理氣相沉積技術及熱障涂層

    電子束物理氣相沉積(Electron Beam Physical Vapour Deposition,簡稱EB-PVD)技術是電子束技術和物理氣相沉積技術相結合的產物,是在真空環境下,利用聚焦后的高能電子束,以極高速度撞擊涂層材料表面,在極端時間內,電子束動能大部分轉換為熱能,使涂層材料熔化、氣化后沉積在工件表面形成涂層。EB-PVD是一種在工件表面制備先進防護涂層的技術。由于電子束能量密度極高,可達109W/cm2,基本可熔化、蒸發金屬、陶瓷等各種材料。EB-PVD技術是物理氣相沉積技術中沉積速率最高、涂層性能最好的高性能涂層制備技術之一,是物理氣相沉積技術中唯一可在高沉積速率下制備陶瓷層的技術,其沉積速率可達2~5μm/min。

            電子束物理氣相沉積(Electron Beam Physical Vapour Deposition,簡稱EB-PVD)技術是電子束技術和物理氣相沉積技術相結合的產物,是在真空環境下,利用聚焦后的高能電子束,以極高速度撞擊涂層材料表面,在極端時間內,電子束動能大部分轉換為熱能,使涂層材料熔化、氣化后沉積在工件表面形成涂層。EB-PVD是一種在工件表面制備先進防護涂層的技術。由于電子束能量密度極高,可達109W/cm2,基本可熔化、蒸發金屬、陶瓷等各種材料。EB-PVD技術是物理氣相沉積技術中沉積速率最高、涂層性能最好的高性能涂層制備技術之一,是物理氣相沉積技術中唯一可在高沉積速率下制備陶瓷層的技術,其沉積速率可達2~5μm/min。

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    熱障涂層(thermal barrier coatings,簡稱TBCs)技術是先進航空發動機和燃氣輪機技術中與高溫結構材料、高效氣膜冷卻技術并重的三大關鍵技術之一。TBCs主要作用是提高航空發動機或燃氣輪機渦輪部件抗氧化/腐蝕、承溫能力和延長熱端部件壽命。目前,應用最成熟的熱障涂層由粘結層和陶瓷層組成雙層結構TBCs,其中,粘結層有包覆型MCrAlYM代表Ni,CoNi+Co)和擴散型β-(Ni,Pt)Al),陶瓷層主要為氧化釔部分穩定氧化鋯(ZrO2·7-8wt%Y2O3,簡稱8YSZ),也包括多元稀土摻雜YSZ、鈰酸鑭(La2Ce2O7)和鋯酸釓(Gd2Zr2O7)等近年國內外重點研究的新型陶瓷層材料。包覆型MCrAlY粘結層制備技術包括EB-PVD、離子鍍和低壓等離子噴涂(low pressure plasma spray,簡稱LPPS)或真空等離子噴涂(Vacuum Plasma Spray,簡稱VPS)和超音速火焰噴涂(HVOF),擴散性β-(Ni,Pt)Al)為電鍍Pt和擴散滲Al完成。

    EB-PVD技術是已成功應用的高性能TBCs的主要制備技術之一。通過工藝控制可制備出如圖2所示疏松多孔的穹頂結構、高應變容限柱狀晶結構和致密的等軸晶結構涂層。應用于航空發動機和燃氣輪機熱端部件的熱障涂層陶瓷層要求為具有良好的應變容限的柱狀晶結構來保障TBCs長壽命,如圖3所示。EB-PVD技術制備的熱障涂層表面光滑,有利于保持氣動性能。目前,EB-PVD技術是制備航空發動機和燃氣輪機高壓渦輪工作葉片TBCs唯一可行的技術。國內外高性能航空發動機高壓渦輪導向葉片也設計采用EB-PVD技術制備TBCs。

    目前,金輪公司制備的葉片熱障涂層技術已經獲得批量應用。制備涂層表面和截面形貌如下圖所示。葉片涂層來源于網絡。

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