温 嵘,朱文宇,麻丁龙,马国庆

(1.中国航发西安航空发动机有限公司,陕西 西安 710100;2.中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119;3.西安中科微精光子制造科技有限公司,陕西 西安 710119;4.西安工业大学机电工程学院,陕西 西安 710021)

1 引 言

航空发动机涡轮叶片是航空领域的核心部件,涡轮叶片的性能已经成为衡量一个国家航空工业水平的标志。随着航空技术对发动机要求的日益增长,未来第五代战机发动机的推重比将高达15～20左右,涡轮前燃气温度达2100～2300K。单晶高温合金叶片由于没有常规合金的晶界缺陷,可以耐受更高温度下的交变载荷,但是其熔点也很难超过1500K。面对如此大的温度缺口,为了保证发动机的稳定工作,必须采取有必要的隔热与冷却[1]。

当前,发动机涡轮叶片普遍采用的隔热方式是在高温合金上添加热导率低的热障涂层(TBCs)来隔绝外部高温气流与基体之间的热交换,包括表面隔热陶瓷涂层及内部抗氧化金属粘结层。冷却主要通过气膜孔来实现,工作时低温气体通过气膜孔到达叶片表面,然后在叶片与高温燃气之间形成一层气膜,隔绝叶片同高温燃气的直接接触,实现降温目的[2]。带热障涂层叶片的工作原理示意图如图1所示。

图1 带热障涂层叶片的工作原理示意图Fig.1 Working principle diagram of blade with TBC

带热障涂层叶片的气膜孔在加工时需要穿透表面陶瓷涂层、金属粘结层和高温合金基体。传统加工气膜孔的方法有脉冲激光加工、电火花加工和电解液加工等,这些加工方式均具有较大的热效应,再者涂层与基体性能之间有差异,不可避免在热障涂层本身及中间接触界面产生重铸层、微裂纹、内壁挂渣以及表面发黑等缺陷。……