1、 小序

航空发念头由于其开放式结构(与外界举行工质交流)，，，，，工况和服役情形重大多样，，，，，加之自己的高温、高压和高转速，，，，，使得发念头零部件除遭受气动力、惯性力和热应力外，，，，，其外貌还要遭受摩擦、介质侵蚀、外物冲洗等。。。。。。。。因此，，，，，发念头零部件的使用可靠性和寿命，，，，，除与设计、质料力学性能和制造亲近相关外，，，，，很洪流平上也取决于质料的物理、化学性能，，，，，如抗高温氧化、耐侵蚀性能、电磁性能等。。。。。。。。而质料的抗氧化、耐侵蚀性能，，，，，往往是在特定试验参数和简单介质条件下的测试效果，，，，，与工程现实差别较大。。。。。。。。发念头零部件在外部重大情形下事情，，，，，遭受多种侵蚀介质的作用，，，，，再加上自身性能的欠缺，，，，，常导致零件外貌在寿命期内失效。。。。。。。。

外貌工程手艺是通过某种工艺手段，，，，，付与外貌差别于基体质料的性能以知足某种特定的功效需求，，，，，与提高质料自身性能的手艺途径相比，，，，，具有难度小、快捷、本钱低、可修复等特点。。。。。。。。零部件接纳外貌工程步伐的用度，，，，，一样平常仅占产品价钱的 5%～10%，，，，，却能大幅提高产品的性能、延伸其使用寿命，，，，，平均效益高达 5～20 倍。。。。。。。。因此，，，，，外貌工程手艺是解决外貌失效最经济、最行之有用的手段，，，，，在航空发念头行业获得了普遍应用 [1] 。。。。。。。。文献[2]指出：不带涂层的航空发念头涡轮叶片，，，，，若在商业飞机发念头上使用，，，，，可事情 12 000 h，，，，，不会因高温氧化或热侵蚀而退化损伤；；；；；若在反潜飞机发念头上使用，，，，，热侵蚀可使叶片寿命缩短90%，，，，，仅为 1 200 h；；；；；若在东南亚航行的直升机发念头上使用，，，，，仅能事情 800 h；；；；；若在海上石油钻井平台上的直升机发念头上使用，，，，，寿命仅 300 h。。。。。。。。由此可见，，，，，差别的事情情形对发念头零部件的寿命和使用本钱影响很大，，，，，为包管发念头的清静可靠，，，，，改善其经济性，，，，，必需接纳有用的外貌防护步伐。。。。。。。。

美国实验的 IHPTET、VAATE 等航空动力预研妄想，，，，，均把发念头经济可遭受性和性能提高置于一律主要的职位。。。。。。。。现在，，，，，外洋航空发念头生长已历经了四代，，，，，除性能水平大幅度提高外，，，，，其寿命和可靠性也大大增添，，，，，尤其是民用航空发念头的寿命现在最长已凌驾40 000 h [3] ，，，，，外貌工程手艺功不可没。。。。。。。。

2、 海内航空发念头外貌工程手艺现状和保存的问题

我国虽通过引进、测仿外洋发念头掌握了响应配套的外貌工程手艺，，，，，并已应用于在研在役各型发念头，，，，，取得了一定的手艺经济效益，，，，，但由于缺少自主研究，，，，，手艺储备缺乏，，，，，与天下先进水平的差别较大，，，，，适用于新结构、新质料、新工艺的新型外貌工程手艺基础薄弱，，，，，难以知足新机研制和可一连性生长的要求。。。。。。。。保存的问题主要有：

(1) 通用性差。。。。。。。。现在海内外貌工程手艺所涉及的标准和规范，，，，，或为型号专用规范，，，，，适用规模受限，，，，，扩大使用需开展相关研究；；；；；或为指导性文件，，，，，仅作一些知识性划定，，，，，可操作性不强。。。。。。。。

(2) 手艺落伍。。。。。。。。现在接纳的外貌工程手艺，，，，，往往是外洋三代机甚至二代机的手艺，，，，，立异性外貌工程手艺研究滞后，，，，，难以知足海内新机研制需求。。。。。。。。

(3) 完整性差。。。。。。。。尚未形成航空发念头外貌工程手艺系统和建成能在工程条件下使用的数据库，，，，，设计部分难以选用。。。。。。。。

(4) 测试标准缺失或与工程现实差别太大，，，，，难以定量评估外貌工程手艺工程现实的使用性能。。。。。。。。

(5) 审核验证缺少权威的评估系统和评判标准，，，，，阻碍外貌工程新手艺的工程应用。。。。。。。。

(6) 衔接性差。。。。。。。。；；；；⊙芯坑胗τ醚芯客呀，，，，，且新型外貌工程手艺工艺顺应性差、本钱高，，，，，制约其工程化应用。。。。。。。。

3、 海内航空发念头对外貌工程手艺的需求

随着航空发念头性能和经济性指标的一直提高，，，，，对发念头整机和零部件的可靠性和寿命要求越来越苛刻，，，，，发念头研制面临低本钱和高性能的矛盾，，，，，对外貌工程手艺的需求也越来越迫切。。。。。。。。下面团结海内发念头研制，，，，，剖析海内航空发念头对外貌工程手艺的需求。。。。。。。。

3.1 外貌改性手艺

(1) 叶片外貌激光攻击强化处置惩罚手艺。。。。。。。。

发念头电扇和压气机前几级叶片多接纳钛合金质料，，，，，其事情情形卑劣，，，，，难以阻止砂石、灰尘、飞鸟等外物的吸入，，，，，及由此造成的冲洗、撞击等，，，，，破损了叶片的外貌完整性，，，，，在外貌爆发过载断裂和疲劳失效，，，，，缩短了叶片的使用寿命。。。。。。。。古板的外貌强化工艺(如喷丸)，，，，，已无法知足航空发念头 — —特殊是大涵道比涡扇发念头电扇/压气机叶片使用寿命越来越长的寿命需求。。。。。。。。激光攻击处置惩罚手艺，，，，，较古板的喷丸处置惩罚可获得更深的剩余应力层和更好的外貌质量，，，，，大大提高了质料的疲劳寿命和抗外物损伤能力。。。。。。。。现在，，，，，美国已将激光攻击强化手艺，，，，，大宗应用于各型军用飞机发念头压气机叶片和整体叶轮的外貌强化，，，，，取得了优异的手艺经济效益 [4] 。。。。。。。。海内发念头叶片和涡轮盘仍使用机械喷丸的古板外貌强化方法，，，，，对激光攻击外貌强化处置惩罚手艺尚处于理论研究和应用探索阶段，，，，，急需增强。。。。。。。。

(2) 钛合金整体叶盘外貌磨粒流光饰手艺。。。。。。。。

钛合金叶盘外貌粗糙度相差一个数目级，，，，，往往意味着疲劳寿命相差数倍甚至更高。。。。。。。。外貌磨粒流光饰手艺，，，，，除了能解决古板手工抛磨工期长、加工质量不稳固、磨削水平不匀称及对可达性差的部位难以举行抛磨等问题外，，，，，还能将原有的外貌剩余拉应力转化为压应力，，，，，进一步提高零件的疲劳寿命。。。。。。。。

(3) 钛合金整体叶盘线性摩擦焊、电子束焊焊接讨论激光攻击强化手艺。。。。。。。。

现在，，，，，海内整体叶盘接纳均质锻件整体毛坯数控加工，，，，，周期长、本钱高，，，，，一旦局部损坏就造成整个叶盘报废，，，，，难以工程化应用，，，，，因此急需生长高效、低本钱整体叶盘制造和修复手艺。。。。。。。。焊接式整体叶盘和转子在外洋发念头上应用日益普遍，，，，，线性摩擦焊手艺是外洋高效、低本钱整体叶盘制造和修复手艺的主流，，，，，在海内也属研究热门，，，，，盘鼓间电子束焊接整体转子在海内已较为成熟。。。。。。。。但这类焊接结构的焊缝属薄弱部位，，，，，必需接纳强化手艺提高寿命和可靠性，，，，，降低使用本钱。。。。。。。。

(4) 基于离子束外貌强化的钛合金摩擦副外貌改性手艺。。。。。。。。

钛合金大宗应用于电扇和压气机的轴颈、鼓筒等转子件，，，，，这些零件在承载的同时其局部往往遭受着摩擦力、起摩擦副的作用。。。。。。。。古板的涂层防护手艺，，，，，涂层与基体界面层显着，，，，，涂层易剥落，，，，，防护效果较差，，，，，使用寿命较短，，，，，难以知足钛合金摩擦副对外貌完整性的特殊要求，，，，，对钛合金构件性能爆发倒运影响。。。。。。。。与涂层防护手艺相比，，，，，外貌改性手艺有显着优势，，，，，渗层深度和合金层内因素可控，，，，，渗入元素含量随深度呈梯度漫衍，，，，，外貌合金层与基体无显着界面，，，，，团结牢靠，，，，，无微裂纹，，，，，可显著提高防护层质量和寿命。。。。。。。。 该手艺也适用于高温合金、不锈钢摩擦副构件的外貌改性。。。。。。。。

(5) 钛合金机匣内壁防钛火阻燃钛合金外貌层离子注入手艺。。。。。。。。

相关于现在海内尚不可熟且腾贵的阻燃钛合金，，，，，和防护效果较差、寿命较短的涂层，，，，，具有本钱和性能综合优势的阻燃钛合金外貌层离子注入手艺，，，，，应是未来防钛火研究的要害手艺之一。。。。。。。。

3.2 涂层手艺

涂层有耐磨涂层、封严涂层、高温防护涂层和防钛火涂层等。。。。。。。。涂层可付与基体质料表层新的使用性能，，，，，延伸零部件寿命，，，，，改善发念头性能，，，，，从而降低发念头全寿命期使用本钱。。。。。。。。

(1) 耐磨涂层及涂敷手艺。。。。。。。。

航空发念头零件的磨损形式，，，，，包括磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、微动磨损、冲蚀磨损等几种。。。。。。。。除靠改善润滑来降低磨损水平、通过外貌改性提高耐磨性外，，，，，在没有润滑或不可润滑及外貌改性不适用的部位，，，，，应用耐磨涂层可有用避免发念头零部件因磨损导致的使用寿命降低和构件失效。。。。。。。。如钛合金事情叶片榫头与轮盘榫槽，，，，，在事情历程中由于气动力、惯性力作用会爆发微动磨损和粘接，，，，，直至失效，，，，，降低使用可靠性和寿命，，，，，防微动磨损涂层及涂覆手艺可有用避免上述状态爆发。。。。。。。。

(2) 封严涂层及涂敷手艺。。。。。。。。

接纳封严涂层，，，，，是航空发念头有用提高气路封严系统密封性的主要步伐。。。。。。。。封严涂层分为可磨耗涂层(用于静子件)和自动磨削涂层(用于转子件)两类，，，，，一样平常涂敷于转子轴、鼓筒、机匣、叶片叶尖、压气机和涡轮各级之间的封严装置外貌，，，，，以控制间隙、镌汰走漏损失。。。。。。。。

(3) 高温防护涂层手艺。。。。。。。。

航空发念头热端零部件需解决抗高温氧化、抗侵蚀问题，，，，，除选择好零部件自身质料外，，，，，应思量对其外貌接纳防护步伐。。。。。。。。航空发念头提高推重比的主要手段之一是提高涡轮前温度，，，，，但现有结构质料(高温合金)和冷却手艺难以知足涡轮叶片耐高温需求，，，，，必需接纳热障涂层降低叶片基体的事情温度。。。。。。。。外洋研究批注，，，，，在高压涡轮叶片外貌涂上低导热系数热障涂层，，，，，可使涡轮入口温度至少提高 110℃，，，，，延伸涡轮叶片使用寿命。。。。。。。。若其它条件稳固，，，，，厚200 μm的热障涂层可使基体金属温度降低 50℃，，，，，涡轮转子叶片前缘蠕变疲劳寿命延伸3倍以上，，，，，冷宇量镌汰15%，，，，，耗油率降低 0.4%，，，，，还可简化冷却结构设计，，，，，降低制造本钱 [5] 。。。。。。。。高温防护涂层手艺是现代航空发念头制造的要害手艺之一，，，，，对长寿命的大涵道比发念头制造具有重大意义。。。。。。。。

(4) 防钛火涂层及涂覆手艺。。。。。。。。

航空发念头大宗使用钛合金，，，，，在减轻结构重量和提高性能的同时，，，，，也会带来钛火危害，，，，，危及航行清静。。。。。。。。防钛火涂层是防钛火经济、有用的解决步伐之一，，，，，主要包括压气机钛合金转子叶片叶尖、鼓筒防钛火硬质封严涂层，，，，，及压气机钛合金机匣防钛火可磨耗封严涂层两个系统。。。。。。。。外洋防钛火涂层手艺研究已取得主要效果，，，，，且已工程化应用于军民用航空发念头。。。。。。。。如EJ200压气机机匣内壁涂覆氧化锆＋易磨封严涂层，，，，，转子叶片叶尖增添立方氮化硼涂层，，，，，鼓筒增添耐磨涂层；；；；；CFM56发念头压气机机匣内壁设计了防钛火衬套＋易磨封严涂层等，，，，，取得了优异的手艺经济效益 [6，，，，，7] 。。。。。。。。

(5) 钛合金叶片外貌抗冲洗、耐侵蚀涂层及涂覆手艺。。。。。。。。

在卑劣情形下事情，，，，，电扇叶片要遭受外物冲洗和侵蚀的双重作用，，，，，对其使用寿命和可靠性爆发倒运影响。。。。。。。。电扇叶片质料多为钛合金，，，，，耐应力侵蚀能力差，，，，，对外貌完整性更为敏感。。。。。。。。外貌抗冲洗、耐侵蚀涂层可有用阻隔外物的冲洗和应力侵蚀作用，，，，，提高叶片的可靠性和使用寿命，，，，，是先进航空发念头尤其是民用航空发念头必需的外貌涂层手艺。。。。。。。。

(6) 尺寸修复涂层及涂敷手艺。。。。。。。。

发念头零件加工中常由于误操作造成局部尺寸超差，，，，，若报废不但造成经济损失，，，，，且影响研制进度。。。。。。。。尺寸修复涂层具有用费比高、顺应性强、快捷高效的特点，，，，，在非关重件的转静子件尺寸修复方面有优异的应用远景。。。。。。。。

(7) 异种金属接触防电化学侵蚀涂镀层、薄膜手艺。。。。。。。。

发念头异种金属毗连组件较多，，，，，若直接接触会因电位侵蚀导致零部件失效，，，，，迫切需求可有用避免金属接触电化学侵蚀的涂镀层、薄膜手艺。。。。。。。。未来新质料的应用，，，，，在很洪流平上取决于是否有配套的防电化学侵蚀的涂镀层、薄膜手艺。。。。。。。。

3.3 外貌工程手艺需解决的共性手艺问题

(1) 外貌工程手艺使用性能的表征及测试手艺。。。。。。。。

(2) 外貌工程手艺对基材组织性能及零件外貌完整性的影响。。。。。。。。

(3) 外貌工程手艺后续处置惩罚(剩余应力消除、组织性能改善)及评估手艺。。。。。。。。

(4) 外貌工程手艺与零件加工工艺的匹配。。。。。。。。

(5) 外貌工程手艺的经济性、通用性及可维修性。。。。。。。。

(6) 外貌工程手艺质量无损检测及评估手艺。。。。。。。。

(7) 接纳外貌工程手艺的构件的结构强度设计手艺。。。。。。。。

(8) 接纳外貌工程手艺的构件的试验验证及评估手艺。。。。。。。。

4 、对我国航空发念头外貌工程手艺生长的几点建议

(1) 在知足使用要求的条件下，，，，，始终把低本钱、高效率作为权衡外貌工程手艺先进与否的一个主要指标。。。。。。。。

(2) 以型号需求为配景，，，，，尽早开展相关新型外貌工程手艺的预研。。。。。。。。

(3) 以详细构件为应用平台，，，，，实时开展相关新型外貌工程手艺的工程化应用研究，，，，，注重与设计-制造-试验相团结的集成验证。。。。。。。。

(4) 增强测试、试验验证等配套手艺的研究和装备建设。。。。。。。。

(5) 注重外貌工程手艺系统的建设和完善。。。。。。。。

(6) 制订科学的产学研团结科研体制，，，，，推进外貌工程手艺的工程应用。。。。。。。。

参考文献：

[1] 徐滨士. 神奇的外貌工程[M]. 北京：清华大学出书社，，，，，2000.

[2] 李金桂，，，，，肖定全. 现代外貌工程手册[M]. 北京：国防工业出书社，，，，，2000.

[3] 刘大响，，，，，金 捷，，，，，彭友梅，，，，，等. 大型飞机发念头的生长现状和要害手艺剖析[J]. 航空动力学报，，，，，2008，，，，，23(6)：976—980.

[4] 郑启光. 激光先进制造手艺[M]. 武汉：华中科技大学出书社，，，，，2002.

[5] 陈 林. 航空发念头叶片用热障涂层的现状[J]. 航空制造工程，，，，，1997，，，，，15(6)：9—12.

[6] 霍武军，，，，，孙护国. 航空发念头钛火故障及防护手艺[M].北京：航空科学手艺出书社，，，，，2002.

[7] 陈 光，，，，，洪 杰，，，，，马艳红. 航空燃气涡轮发念头结构[M].北京：北京航空航天大学出书社，，，，，2010.

相关链接